Brevet FR2623871A1 — publié le 19890602

- 1- Dispositif d'étanchéité en particulier pour le plongeur d'une pompe de pulvérisation pour la distribution de produits liquides L'invention concerne un dispositif d'étanchéité pour des pièces se déplaçant axialement les unes par rapport aux autres, en particulier pour le plongeur d'une pompe de pulvérisation, comprenant une garniture annulaire de joints en V pourvue d'un élément élastique et maintenue axialement entre une bague d'arrêt et un contre-joint. Des dispositifs d'étanchéité de ce type sont connus. Le mode de fonctionnement des ces garnitures de joints en V, pouvant être utilisées à la place d'autres garnitures de presse-étoupe connues, est basé sur le fait que les différents joints en V sont compresses les uns dans les autres sous l'effet d'une précontrainte axiale qui peut également être réalisée au moyen d'un anneau élastique entre le contre-joint et la garniture de joints en V, et s'écartent ainsi vers l'extérieur. Bien qu'un effet d'étanchéité relativement bon puisse être ainsi obtenu, l'inconvénient réside dans le fait que lors de l'usure d'un seul des joints en V de l'ensemble, c'est la précontrainte de toute la garniture qui se relâche de sorte que l'effet d'étanchéité est perdu. L'utilisation de joints en élastomère ne s'est pas non plus avérée dans la pratique comme étant suffisamment sûre, en particulier pour l'étanchéité de milieux agressifs. Les élastomères ayant tendance à gonfler, ils sont ainsi soumis à une usure relativement rapide. Des bagues d'étanchéité réalisées en matériaux résistants à des milieux agressifs, comme par exemple le PTFE sont largement dépouvus d'élasticité et présentent l'inconvénient de tendre à fluer lors d'une déformation à l'intérieur d'un ensemble de Joints en V ou analogues. La déformation apparaissant ainsi et s'installant empêche l'étanchéité élastique qui esten fait recherchée. -2- Le but de l'invention est donc, tout en conservant l'agencement avantageux en soi sous forme de joint en V, de créer un mode de réalisation d'un dispositif d'étanchéité du type mentionné ci-dessus dans lequel chaque joint en V assure une étanchéité élastique, de manière à ce que l'usure d'un joint en V ne conduise pas à la déperdition de l'effet d'étanchéité de l'ensemble de la garniture de joints en V. Pour attteindre ce but, l'on prévoit dans un dispositif d'étanchéité du type mentionné ci-dessus que chaque joint en V consiste en un matériau agiissant au moins partiellement d'une manière élastique et présente à ses ailes de la place pour un mouvement axial. Un élément élastique est disposé dans la chambre ouverte du joint en V, s'appuie aux ailes sous précontrainte et est pressé de manière conformée contre le joint en V, à la pointe du V. Ce mode de réalisation permet à chacun des joints en V de la garniture d'agir comme un moyen d'étanchéité individuel. En effet, chaque joint en V n'est bloqué qu'en son milieu mais a la possibilité d'un débattement élastique par ses ailes, indépendamment du joint en V voisin. L'effet d'étanchéité du nouveau dispositif d'étanchéité ne repose donc pas, comme dans les garnitures de joints en V connues, sur l'effet de compression de tous les joints en V les uns sur les autres mais sur le fait que chacun des joints en V s'ouvre radialement par l'écartement de ses ailes et assure ainsi une étanchéité, individuellement et indépendamment des autres joints en V. Le nouveau dispositif d'étanchéité peut donc exercer un effet d'étanchéité suffisant, même si un ou plusieurs joints venaient à être usés. La mobilité axiale et radiale de ses ailes requise pour chaque joint en V est garantie de manière simple, en ce sens que l'angle du V de chaque joint n'est pas le même du côté externe et du côté interne et ceci de manière à ce que le plus petit angle soit défini par les surfaces externes et le plus grand, par contre, par les surfaces internes. Lors du voisinage axial de deux joints en V juxtaposés, il en résulte ainsi une fente -2623871 -3- allant en s'élargissant radialement vers l'extérieur depuis le sommet du Joint en V,- garantissant la libre mobilité des ailes d'étanchéité de chacun des joints en V isolément. D'autres perfectionnement avantageux de l'invention résultant du fait que l'on peut utiliser d'une manière particulièrement simple une rondelle élastique agencée de manière sinueuse et connue en soi qui, au montage, peut être placée facilement dans un évidement-correspondant du joint en V, avant que celui-ci soit assemblé en garniture avec d'autres joints en V. Le fait que là bague d'arrêt présente sur son c8té dirigé vers le joint en V voisin le même contour que les surfaces internes du joint et le contre-joint de son côté tourné vers le joint en V le même contour que les surfaces externes du joint comporte l'avantage que la bague d'arrêt et le contre-joint s'appuient aux joints en V de la même manière que ceux- ci le font entre eux. La mobilité des ailes d'étanchéité du joint en V contigU à la bague d'arrêt et au contre-joint reste ainsi également maintenue. Il est également possible, afin d'améliorer l'effet d'élasticité des ailes, de prévoir un affaiblissement de la section sous forme d'une gorge circulaire circonférentielle interne dans la région du sommet de chaque joint en V. L'invention est représentée sur les dessins au moyen d'un exemple de mode de réalisation et sera expliquée ci-dessous. La figure 1 représente une vue partielle en coupe, agrandie, à travers la région d'étanchéification du plongeur d'une pompe de pulvérisation équipée d'un dispositif d'étanchéité conforme à l'invention. La figure 2 est une représentation agrandie de la coupe de l'un des joints'en V du dispositif d'étanchéité de la figure 1. -4- La figure 3 est une représentation agrandie de la coupe de la rondelle élastique qui doit être disposée à l'intérieur du joint en V de la figure 2. La figure 4 est une représentation schématique des conditions de montage d'un Joint en V conforme à l'invention entre le contre-joint et la bague d'arrêt. La figure 5 est une vue de dessus de la rondelle élastique représentée en coupe dans la figure 3. La figure 1 représente en demi-coupe un piston plongeur (1) d'une pompe, solidarisé de l'extrémité inférieure d'une tige de piston (15). Le piston plongeur (1) se déplace dans le sens de la flache (19) à l'intérieur d'un carter (16) qui n'est que partiellement représenté car d'un type de construction connu. Un dispositif d'étanchéité (2) destiné à assurer l'étanchéité de la périphérie du piston plongeur (1) par rapport au carter est prévu sur le bord du carter (16) dirigé vers le plongeur (1). Ce dispositif d'étanchéité est retenu au carter (16) par une bague de fixation (17) qui peut par exemple être vissée sur le carter (16). La bague (17) est pourvue d'un rebord (20) dépassant vers l'intérieur, s'appuyant sur le contre-joint (3), lequel appuie axialement sur la garniture de joints en V (2) et presse celle-ci contre une bague d'arrêt (4). Dans l'exemple de réalisation, la garniture de joints en V (2) est constituée de trois joints en V (5) de forme annulaire, disposés axialement les uns au-dessus des autres, lesquelles sont respectivement agencées d'une manière particulière ainsi qu'il sera expliqué ci-dessous au moyen des figures 2 à 4. Ainsi que le montrent les figures 2 et 4, chaque Joint en V (5) est réalisé en un matériau synthétique relativement rigide et résistant mais présentant certaines propriétés élastiques conduisant les deux ailes (Sa et 5b) du joint en V (5) construit à coupe angulaire et en forme de toit, à pouvoir respectivement s'écarter vers l'extérieur, de telle manière que les bords externes (21) puissent se déplacer vers l'extérieur par rapport au sommet (11) du joint en V (5) lorsqu'une force élastique correspondante agit dans la chambre ouverte (5c). Ainsi qu'il ressort en particulier de la figure 4, l'agencement prévu est tel que, dans la position initiale, la surface externe (21) est disposée légèrement en biais par rapport à la paroi interne (22) de la bague de fixation (17) et par rapport à la paroi du piston plongeur (1) qui s'étend parallèlement à la paroi interne (22). Les joints en V se trouvent donc soumis à une certaine précontrainte dés leur mise en place. En effet, lors de la mise en place entre la bague de fixation (17) et le plongeur (1) le bord externe (21) est enfoncé vers l'intérieur, la partie la plus inférieure (18) du joint en V (5) étant déplacée de la position (18') en une position de mise en place (18). Pour favoriser cette mobilité latérale des ailes (5a et 5b) du joint en V (5), une gorge circonférentielle (10), symétrique s'étendant à travers le sommet (11) est disposée dans le joint en V (5), à partir de la chambre ouverte (5c), assurant un affaiblissement en coupe dans la région du sommet (11). Le - Joint en V (5) est par ailleurs agencé de manière telle que les deux surfaces externes (9), s'étendant en forme de toit vers le sommet (11) définissent un angle (c() de 90 . Le joint en V (5) ne s'étend cependant pas jusqu'au sommet (11), à l'intersection des deux surfaces (9) mais est arrondie par une courbure (23). Les surfaces internes (8) sont inclinées l'une vers l'autre sous un angle supérieur, c'est-à-dire sous l'angle (p) de 100 . Chaque joint en V présente, en outre, un rebord de montage (7) pour la rondelle élastique (6) laquelle est placée dans la chambre ouverte (5c) avant l'e montage du joint en V. La rondelle élastique (6) réalisée de manière sinueuse, représentée en détail sur la figure (5) eten coupe agrandie selon III-III sur la figure 3, est choisie de dimensions telles qu'elle puisse être enfoncé sous une légère pression dans la partie inférieure de la chambre ouverte (5c), - 6- entre les rebords de montage (7) lorsque le Joint en V (5) n'est pas encore monté. La figure 3 montre que la rondelle élastique (6) présente elle aussi un bombage en forme de toit de ses parties découpées s'alignant les unes à côté des autres de manière sinueuse. La pente de la rondelle élastique prévue dans l'exemple de réalisation comporte un angle () de 1500. Ainsi qu'il ressort de la figure 4, la rondelle élastique (6) se trouve sous précontainte après le montage du joint en V qui lui est attribué du fait qu'elle est cintrée de sa position d'origine dans la chambre ouverte du joint en V (5), esquissée en (6') sur la figure 4, à sa position finale (6), dans laquelle son sommet repose sensiblement sur le sommet du contre-joint (3) situé sous lui et dont les surfaces externes (24) définissent entre elles l'angle (CL), correspondant à l'angle (C() entre les surfaces (9) des joints en V (5). Du fait de la précontrainte et de la déformation de la rondelle élastique (6) ses ailes appuient contre les ailes (Sa et 5b) du joint en V (5) et agissent pour que ces ailes (5a 5b) soient appuyées dans la direction mentionnée ci-dessus, vers l'extérieur et contre les surfaces (22 et 25) de la bague de fixation (17) et du plongeur (1). L'angle () entre les surfaces internes (8) de chaque joint en V (5) ainsi que l'angle entre la rondelle élastique (6) et les surfaces (24) du contre-Joint (3) étant plus grands que l'angle entre les surfaces externes (9) ou les surfaces (24) du contre-joint (3) - il en est de même des angles entre les surfaces externes et internes de Joints en V voisins - une fente de coincement (26) est laissée libre, s'élargissant progressivement vers l'extérieur en direction des surfaces de cylindre (22 et 25). Ainsi qu'il ressort de la figure 4, la concordance entre la courbure (23) au sommet du Joint en V (5) que l'on retrouve également sur le contreJoint (3), les pans (9 et 24) et les surfaces internes (8) situées à l'opposé est réalisée de telle manière que des surfaces d'appui (13) se forment à distance de la surface de cylindre passant par le sommet (11), maintenant un appui continu entre le contre-joint (3), la rondelle élastique (6), le joint en V (5) et le joint en V voisin, puis -7- la bague d'arrêt (4). Ceci forme la garniture étanche et conformée du dispositif de joints en V, évitant lors du fonctionnement un glissement en va et vient du dispositif d'étanchéité. La réalisation conforme à l'invention laisse cependant à chacune des ailes (5a, 5b) de chaque joint en V (5) la possibilité de se mouvoir, dans la limite de la fente en forme de coin (26), au-dessous de la rondelle élastique respective ou au- dessus du dernier joint en V au voisinage de la bague d'arrêt (4). La mobilité des ailes de chaque joint en V est provoquée par l'élasticité de la rondelle élastique (6) peu important que l'un des joints en V soit usé à sa surface interne et n'exerce donc éventuellement plus en lui-même un bon effet d'étanchéité. Les autres joints en V agissent d'une façon totalement individuelle bien qu'ils se trouvent assemblés avec les autres joints dans la garniture, ainsi qu'il a été expliqué en détail ci-dessus. Pour cette raison, le nouveau dispositif d'étanchéité est donc plus efficace que les dispositifs connus. Les matériaux utilisés pour les joints en V (5) peuvent être tous ceux dont la limite de fluage n'est pas atteinte par la déformation dans la limite de la fente (26) et qui reviennent en place d'une manière élastique au moins dans la mesure de ce mouvement. Il n'est pas nécessaire que le matériau présente une élasticité inhérente propre, la force de pression élastique étant obtenue par l'action de la rondelle élastique (6) sur les ailes. Dans ces conditions, l'on peut employer avec succès, en raison de leur haute résistance à l'abrasion, des matériaux synthétiques présentant de très bonnes propriétés en limite de charge, destinés à des paliers coulissants, tandis que l'effet d'étachéité souhaité ne serait pas obtenu avec des dispositifs de configuration traditionnelle. Compte tenu aussi de la présence de la gorge circonférentielle (10) dans la région du sommet, les nouveaux joints en V constituent des corps étanches qui forment respectivement dans le milieu de leur section - dans la région de la surface de cylindre traversant le sommet (11) - une sorte de charnière pour les deux ailes (5a et 5b) qui peuvent s'écarter l'une de l'autre. L'effet d'élasticité du joint en V se trouve ici obtenu par le corps élastique inséré qui n'a pas obligatoirement à être réalisé sous forme d'une rondelle élastique (6) sinueuse. Le fait déterminant est que ce corps élastique appuie aussi bien sur les surfaces (13) des corps de pression externes, tels le contre- Joint (3) et la bague d'arrêt (4) que sur chacun des joints en V (5) disposés entre eux, tout en provoquant un écartement des ailes (5a - 5b) des joints en V en raison de sa précontrainte. Ceci donne naissance à l'action d'étanchéité individuelle de chacun des joints en V laquelle est déterminante pour le succès de l'invention. Dans l'exemple de réalisation, l'invention est représentée au moyen d'un dispositif d'étanchéité fixé dans un carter. Il est évidemment aussi possible d'utiliser la nouvelle réalisation d'étanchéité comme joint de piston. Dans ce cas les rebords externes du joint serviraient de surfaces de portée. --9- REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour pièces se déplaçant axialement l'une contre l'autre, en particulier pour le piston plongeur d'une pompe de pulvérisation pour la distribution de produits liquides, comprenant une garniture annulaire de Joints en V (2), pourvue d'un élément élastique et maintenue axialement entre une bague d'arrêt (4) et un contre-Joint (3), caractérisé en ce que chaque joint en V (5) consiste en un matériau agissant au moins partiellement de manière élastique et possède, à ses ailes (Sa, 5b) un espace pour un mouvement axial à et en ce que l'élément élastique (6) est disposé dans la chambre ouverte (5c) du joint en V, s'appuie sous précontrainte sous les ailes (5a, 5b) et se trouve pressé contre le joint en V, à la pointe du V. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1., caractérisé en ce que les surfaces externes (9) des branches de chaque joint en V (5) définissent entre elles un angle (4) plus petit que celui défini par les surfaces internes (8). 3. Dispositif d'étanchéité selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, l'élément élastique prévu est une rondelle élastique (6) agence de manière sinueuse. 4. Dispositif d'étanchéité selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque joint en V est pourvu d'un rebord de montage circonférentiel interne (7) pour la rondelle élastique (6). 5. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague d'arrêt (4) présente sur son côté dirigé vers le joint en V voisin (5) le même contour que -10- les surfaces internes (8) du joint (5) et que le contre-joint (3) présente sur son côté dirigé vers le joint en V voisin (5) le même contour que les surfaces externes (9) du Joint en V (5). 6. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint en V (5) est pourvu d'un affaiblissement de sa section dans la région de son sommet (11). 7. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 6. caractérisé en ce que l'affaiblissement de la section est réalisé sous forme d'une gorge circonférentielle (10) du côté des surfaces internes (8) , située dans la surface de cylindre passant par le sommet (11). 8. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (i) défini par les surfaces externes (9) des branches de chaque joint en V (5) est de 900 et l'angle () défini par les surfaces internes (8) du joint en V (5) est de 100 . 9. Dispositif d'étanchéité selon la revendication.3 et l'une quelconque des autres revendications, caractérisé en ce que la rondelle élastique (6) est profilée en forme de V et présente en position de repos un angle (>) d'environ 150 entre les surfaces de ses branches. 10. Dispositif d'étanchéité selon la revendication (9), caractérisé en ce que le sommet (12) de la rondelle élastique est ajusté au contour des surfaces internes (8) du joint en V (5). 11. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le contre-joint (3) et la bague d'arrêt (4) sont pressés contre des surfaces d'appui (13 et 14) de chaque joint en V (5) situées latéralement à côté du sommet (11).