Brevet FR2658261A1 — publié le 19910816

Bague d'étanchéité et procédé de fabrication de cette bague d'étanchéité La présente invention concerne une bague d'étanchéité pouvant être placée dans un creux de l'organe d'obturation d'une vanne et/ou de la partie de boîtier d'une vanne, recevant l'organe do-bturation'de-vanne, laquelle bague d'étanchéité présente un corps d'étanchéité annulaire logé dans le creux, au moins partiellement, en position d'utili- sation L'invention concerne, en outre, un procédé de fabrication de cette bague d'étanchéité. Les vannes, notamment les vannes de distribu- tion à plusieurs voies, dont l'organe d'obturation, en forme de piston ou de tiroir, est placé coulissant dans le boîtier, à l'intérieur d'un logement, posent un problème d'usure particulier Pour rendre étanche l'organe d'ob- turation par rapport à la partie de boîtier contenant le logement, il faut des bagues d'étanchéité fixées sur l'organe d'obturation ou sur la partie de boîtier qui entoure l'organe d'obturation et qui, pendant le fonction- nement, doivent effectuer un déplacement relatif par rapport à l'autre composant, en contact avec celui-ci. Etant donné que sur l'organe d'obturation ou sur la partie de boîtier de vanne en contact glissant avec la bague d'étanchéité respective, il se trouve habituellement des entailles, des talons, des sorties de canaux ou des irrégularités de surface similaires, le contact entre les points de transition correspondants et la bague d'étanché- ité donne lieu à une usure accrue de celle-ci L'endom- magement de la surface de la bague d'étanchéité qui en résulte a pour conséquence une réduction de sa capacité d'étanchéité, ce qui rend nécessaire un changement fréquent de la bague et donc pendant ce temps, des arrêts de la vanne. L'invention a pour but de réaliser une bague d'étanchéité du type précité qui soit moins sujette à usure dans les cas d'application décrits et qui assure encore l'étanchéité de manière fiable, même après une durée de service relativement longue L'invention a encore pour but d'indiquer un procédé de fabrication avantageux pour une telle bague d'étanchéité. Le premier objectif cité est atteint par le fait qu'une couche de glissement, réalisée dans un matériau plus dur que le corps d'étanchéité, est placée contre la bague d'étanchéité, dans la région du pourtour intérieur ou extérieur du corps d'étanchéité, opposé, en position d'utilisation, au fond du creux La bague d'étanchéité est ainsi bien maintenue par son corps d'étanchéité placé au moins partiellement dans un creux de fixation et réalisé dans un matériau élastique plus mou et peut, en même temps, assurer une excellent étanchéité, par rapport à la surface du creux La couche de glissement, réalisée dans un matériau plus dur que le matériau du corps d'étanchéité, se trouve au point de la bague d'étanchéité o a lieu un contact dynamique, pendant le fonctionnement, avec un composant se déplaçant par rapport à celle-ci l'organe d'obturation ou une partie du boîtier de vanne Du fait du choix du matériau, cette couche de glissement est plus résistante à l'usure que le matériau du corps d'étanchéité, ce qui exclut pratiquement son endommagement pendant le fonctionnement Les irrégularités de surface telles que les transitions entre matières différentes, les arêtes, les bords des ouvertures des canaux de vanne ou similaires ne peuvent pas non plus endommager la bague d'étanchéité lorsqu'elle glisse le long de celles-ci La couche de glissement possède toutefois des caractéristiques d'étan- chéité suffisantes pour pouvoir assurer l'étanchéité par rapport au composant animé d'un déplacement relatif C'est là qu'intervient, avec des effets positifs, le corps d'étanchéité élastique, placé entre la couche de glissement et le fond du creux de fixation, qui permet à la couche de glissement de céder radialement,,dans certaines limites, de sorte que celle-ci peut s'adapter au contour de la surface du composant, animé d'un déplacement relatif La couche de glissement est carimroée pratiquement élastiquement contre le composant en contact glissant. La couche de glissement peut être opportunément une garniture de corps d'étanchéité qui est appliquée en particulier à la manière d'un revêtement et qui peut éventuellement être appliquée par injection sur le corps d'étanchéité En présence d'un assemblage de matière, pratiquement d'une seule pièce, entre la couche de glisse- ment et le corps d'étanchéité, la durabilité qui en résulte est extrêmement avantageuse. Dans une autre forme de réalisation, la couche de glissement est encastrée dans un creux du corps d'étanchéité et donc noyée dans le matériau du corps d'étanchéité Il est possible d'éviter ainsi des parties saillantes ou des arêtes dans la zone de transition entre la couche de glissement et le corps d'étanchéité, ce qui accroît l'endurance. La couche de glissement est, de préférence, un corps annulaire fermé qui entoure le corps d'étanchéité radialement à l'intérieur et/ou coaxialement à l'extérieur et qui a, par exemple, la forme d'une mince bande ou ruban de matière qui est formé en corps annulaire Par exemple, la couche de glissement peut être un anneau de feuille mince, réalisé dans un matériau en feuille La couche de glissement est réalisée, comme le corps d'étanchéité, notamment dans un matériau plastique, avec toutefois les différences de résistance déjà mentionnées Comme corps d'étanchéité, on peut utiliser opportunément un matériau caoutchouteux, tandis que la bague de glissement peut être réalisée, par exemple, dans un élastomère de polyester plus dur. Pour faciliter le montage de la bague d'étan- chéité, d'élasticité réduite à cause de la couche de glissement, il peut être prévu que le composant présentant le creux de f ixation soit partagé radialement dans la région de ce creux, c'est-à-dire qu'il présente un plan de joint continu radialement La bague d'étanchéité peut ainsi être placée axialement dans l'une des parties du creux, à l'état séparé du composant, l'autre partie du creux étant complétée ensuite par la mise en place de l'autre partie du composant. Dans une variante particulièrement avantageuse, la couche de glissement, vue en coupe transversale de la bague d'étanchéité, est bombée dans le sens opposé au corps d'étanchéité. Un procédé avantageux de fabrication de la bague d'étanchéité consiste à réaliser,,tout d'abord, dans une feuille mince ou similaire, réalisée dans le matériau de la couche de glissement ultérieure, une poche à peu près en forme de cylindre creux, par exemple par action d'un poinçon, et à sectionner, ensuite, cette poche, couche par couche, transversalement à son extension longitudinale, de manière à obtenir des anneaux de feuilles minces, à appliquer ultérieurement sur un corps d'étanchéité et formant la couche de glissement. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un détail d'une vanne représentée en coupe longitudinale, qui est équipée de bagues d'étanchéité suivant l'invention mais représentées uniquement de manière schématique, la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'une des bagues d'étanchéité de la figure 1, correspon- dant au détail II, la figure 3 est une vue en coupe le long d'un plan s'étendant radialement et axialement, d'une autre forme de réalisation d'une bague d'étanchéité, la figure 4 représente une autre forme de réalisation de la bague d'étanchéité suivant l'invention dans une position d'utilisation montée sur un organe d'obturation d'une vanne dont un détail est représenté de manière schématique dans une vue en coupe longitudinale et les figures 5 à 8 représentent différentes étapes d'un procédé avantageux de fabrication de la couche de glissement, prévue sur la bague d'étanchéité. Les figures 1 à 4 représentent, à titre d'exemples, des détails de deux vannes de distribution à plusieurs voies dans lesquelles la bague d'étanchéité suivant l'invention est utilisée Les vannes de ce type disposent d'un boîtier de vanne 1 avec logement 2 intérieur, pouvant être désigné aussi comme alésage, dans lequel est placé un organe d'obturation 3, 3 ' allongé, coulissant en direction axiale 4, dans un mouvement de va- et-vient Des canaux de vanne 5 qui, par sélection de la position respective de l'organe d'obturation 3, 3 ', peuvent être reliés entre eux ou séparés en partie, pour l'écoule- ment d'un fluide, débouchent latéralement dans le logement. Les vannes de ce type font partie de l'état de la techni- que; leur construction est connue de l'homme de l'art, ce qui rend superflue ici une description plus précise de leur construction et de leur fonctionnement. Pour obtenir une étanchéité entre les dif- férentes zones d'embouchure des canaux de vanne 5 dans le logement 2 et/ou pour rendre étanche l'organe d'obturation 3, 3 ', par rapport au boîtier de vanne 1 ou à une partie de celui-ci, il est prévu au moins une bague d'étanchéité 6. Elle s'étend périphériquement autour de l'organe d'ob- turation 3, 3 ' respectif Le nombre de bagues d'étanchéité dépend du type de vanne Chaque bague d'étanchéité est maintenue dans un évidement ou creux 7 qui est prévu soit sur le côté du boîtier de vanne soit sur le côté de l'organe d'obturation (figures 1 à 4). Dans la vanne selon la figure 1 se trouvent plusieurs creux de fixation 7, le long du logement 2, qui sont répartis dans la région de son pourtour intérieur Ils forment un anneau fermé, ont la forme d'une rainure et sont disposés coaxialement à l'organe d'obturation 3 L'organe d'obturation 3 dispose de plusieurs sections longitudinales 8 de grand diamètre par lesquelles il est opportunément guidé coulissant dans le logement 2 et qui sont séparées les unes des autres par des sections longitudinales 9 de plus petit diamètre ou section transversale Lors du coulissement de l'organe d'obturation 3, les arêtes 10, situées dans la région de transition entre les sections longitudinales 8, 9 de diamètre différent, viennent heurter axialement contre les bagues d'étanchéité 6 faisant légèrement saillie radialement dans le logement 2 et maintenues dans les creux 7, afin de déformer celles-ci radialement vers l'extérieur, au cours du déplacement, les arêtes glissant en même temps à travers la bague d'étan- chéité 6 respective La figure 2 représente, de manière détaillée et à plus grande échelle, un stade intermédiaire de ce déplacement La zone de contact entre les arêtes ou les bords 10 et le pourtour intérieur 14 est, dans ce cas, tout particulièrement soumise à usure. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, il est représenté une bague d'étanchéité 6, maintenue dans un creux 7 en forme de rainure, côté organe d'obturation, qui fait saillie radialement par rapport à la surface périphérique voisine de l'organe d'obturation 3 ', les cotes des parties saillantes étant représentées ici de manière très exagérée, comme dans les autres exemples de réalisa- tion Lorsque l'organe d'obturation 3 ' est déplacé, la bague d'étanchéité 6 glisse avec son pourtour extérieur 15 contre et le long de la surface intérieure du logement 2, en passant aussi sur les embouchures 16 d'éventuels canaux de vanne 5 Lors de ce passage, il se pose le problème de l'usure due au contact avec les bords ou arêtes 10 habituellement vives des embouchures 16. Pour réduire l'usure et pour maintenir en permanence la fonction d'étanchéité, il est prévu de placer, de manière fixe, une couche de glissement 18 dans la région du pourtour intérieur (figures 1 et 2) ou du pourtour extérieur (figure 4), opposée au fond 17 du creux 7 respectif, en position d'utilisation Cette couche est réalisée dans un matériau plus dur que la partie restante, formant un corps de base 19, de la bague d'étanchéité respective qui est plus molle et qui possède Yen même temp:. notamment,,des caractéristiques caoutchouteuses Le fond 17 du creux mentionné ci-dessus se trouve, pour les creux de boîtier des figures 1 et 2, dans la zone creuse extérieure radialement et dans l'exemple de réalisation de la figure 4, dans la zone creuse intérieure radialement. La bague d'étanchéité 6 est maintenue dans son creux 7, par le corps d'étanchéité 19 par lequel elle pénètre au moins partiellement etde préférence,en grande partie radialement, dans le creux 7 Le corps d'étanchéité élastique 19 qui occupe la plus grande partie de la section transversale de la bague d'étanchéité, assuredans ce ca: une suspension élastique de la couche de glissement 18 qui peut ainsi se déplacer radialement de manière élastique et qui peut, de la sorte, s'adapter sans problème aux modifications du contour du composant de vanne se déplaçant par rapport à ce corps d'étanchéité Le corps d'étanchéité 19 est opportunément réalisé en caoutchouc ou dans une matière plastique caoutchouteuse, tandis que la couche de glissement est, certes, aussi, réalisée dans une matière plastique, mais dans un matériau plus dur, par exemple dans un élastomère de polyester Mais la couche de glissement pourrait aussi être réalisée dans une couche métallique mince et flexible. La couche de glissement 18 est de préférence fermée en anneau et est disposée coaxialement au corps d'étanchéité 19 correspondant Dans l'exemple de réalisa- tion des figures 1 et 2, elle est placée dans le pourtour intérieur du corps d'étanchéité 19 (évidement 20) dans lequel est noyée la couche de glissement 18, de sorte que sa surface, tournée vers l'organe d'obturation 3, est alignée avec les zones de surface voisines du corps d'étanchéité 19 L'exemple de réalisation de la figure 4 présente une configuration similaire, mais dans ce cas l'évidement 20 ' est prévu dans la région du pourtour extérieur du corps d'étanchéité 19, tournée vers la surface du logement 2 Dans ces deux cas, la couche de glissement 18 est assemblée, de préférence, de manière fixe et ina- movible au corps d'étanchéité 19, par exemple par injec- tion, vulcanisation ou collage l'une sur l'autre Ces deux éléments peuvent, par ailleurs, être assemblés entre eux d'une seule pièce pour éviter que la couche de glissement 18 ne s'arrache du corps d'étanchéité 19, lors du contact avec les bords 10, 10 '. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 3, la couche de glissement, se présentant sous la forme d'un anneau, constitue une garniture de corps d'étanchéité, située sur le pourtour intérieur du corps d'étanchéité 19 et qui est pratiquement placée sur celui- ci On pourrait parler aussi,,dans ce casd'un revêtement. Lors de l'actionnement de l'organe d'obturation 3, 3 ', les bords 10, 10 ' ou similaires parviennent donc maintenant uniquement en contact, côté bague d'étanchéité, avec la couche de glissement 18 qui, du fait du choix de son matériau, est extrêmement résistante à l'usure et qui en outre, est étanche, notamment en raison de la suspension élastique. Il est possible d'imaginer aussi la couche de glissement 18, indépendante du corps d'étanchéité 19, sous la forme d'une structure à l'origine en forme de bande qui est ensuite pliée pour former un anneau. Dans une vue en coupe transversale de la bague d'étanchéité respective, telle qu'elle est représentée sur les figures 1 à 4, la largeur de la couche de glissement 18 n'occupe"de préférence, qu'une fraction de la circonférence de la bague d'étanchéité, dans le cas présent à peu près y 1/4 Il est avantageuxen outretque la couche de glissement 18, dans la vue en coupe transversale citée, soit bombée dans la direction de l'élément de vanne présentant les arêtes 10, 10 ' citées Dans les exemples de réalisation des figures 3 et 4, la courbure suit opportunément la courbure de cercle du corps d'étanchéité 19, circulaire en coupe transversale Cette courbure a pour avantage que les arêtes n'agissent que progressivement lors du déplacement de l'organe d'obturation 3, 3 '. Les différentes bagues d'étanchéité 6 ne sont représentées que de manière schématique sur la figure 1. Elles peuvent, par exemple, avoir une construction corres- pondant à la figure 3 et dans l'exemple de réalisation elles ont la forme préférée, représentée à la figure 2 En conséquence, le corps d'étanchéité 19 dispose d'une section annulaire intérieure 21, côté couche de glissement présentant un contour à peu près ovale en coupe transver- sale et à laquelle se raccorde, par une section de liaison 22, une section annulaire 23 extérieure, fourchue en coupe transversale Cette dernière est tournée vers le fond de creux 17 et dispose de deux parties d'appui 24 élastiques axialement entre lesquelles se trouve une découpe du corps d'étanchéité Vues dans leur ensemble, les parties d'appui 24 sont aussi annulaires et font saillieaxialement et radialement,par rapport à la disposition en anneau de la section de liaison 22, à la manière de lèvres La découpe se trouvant entre elles favorise la mobilité radiale de la bague d'étanchéité, tandis que les parties d'appui 24 servent en même temps à fixer la bague d'étanchéité dans le creux respectif La largeur de la section annulaire 21 intérieure, portant la couche de glissement, mesurée dans la direction axiale 4, en position d'utilisation, est opportunément inférieure à la largeur du creux 7 correspon- dant dans lequel cette section annulaire 21 intérieure s'engage au moins partiellement Il se forme ainsi latéralement des fentes de fluide 25 par lesquelles le fluide d'écoulement, influencé par la vanne, peut s'écouler dans le creux 7 et agir sur les parties d'appui 24, en direction du fond de creux 17 Il en résulte ainsi, en fonctionnement, un effet de fixation supplémentaire. Pour simplifier le montage de la bague d'étanchéité, il peut être prévu de partager l'organe d'obturation ou le boîtier de vanne, présentant le creux 7, dans la région du creux Les figures 1 et 2 représentent en 29, un plan de joint correspondant, s'étendant radialement Il est ainsi possible de procéder à une séparation axiale provisoire des creux, pour le montage ou le démontage. Il est particulièrement intéressant de concevoir la couche de glissement 18 à la manière d'un anneau de feuille réalisé dans un matériau en feuille Ceci permet un mode de fabrication particulièrement aisé de la bague d'étanchéité 6, qui sera expliqué ci-après en référence aux figures 5 à 8. On prépare tout d'abord une feuille 30 mince, réalisée dans le matériau souhaité pour la couche de glissement Dans celle-ci, on pratique ensuite une poche 32 s'étendant transversalement et notamment perpendiculaire- ment au plan de la feuille, selon l'axe 31 dessiné en pointillés Ceci peut s'effectuer notamment au moyen d'un poinçon 33, le bord de la feuille étant convenablement maintenu et au besoin suivi La poche 32 obtenue (figures 6 et 7) présente maintenant une section longitudinale cylindrique creuse, désignée par a, dans la vue en coupe transversale de la figure 7 On subdivise maintenant cette section longitudinale en procédant, à intervalles le long de l'axe 31, à des coupes ou sectionnements qui sont indiqués en pointillés en 34 Les plans de sectionnement 34 sont opportunément perpendiculaires à l'axe 31 L'écarte- ment des sectionnements détermine la largeur ultérieure des couches de glissement 18 Le sectionnement donne lieu à plusieurs anneaux de feuille 35 dont un est représenté sur il la figure 8 Ils peuvent être maintenant fixés au point souhaité des corps d'étanchéité déjà préparés, le corps d'étanchéité pouvant aussi être assemblé par injection. La bague d'étanchéité à deux matériaux, ainsi obtenue, présente de bonnes caractéristiques d'étanchéité et de glissement. REVENDICATIONS 1 Bague d'étanchéité pouvant être placée dans un creux ( 7) de l'organe d'obturation d'une vanne et/ou de la partie de boîtier d'une vanne, recevant l'organe d'obturation, laquelle bague d'étanchéité ( 6) présente un corps d'étanchéité ( 19) annulaire logé dans le creux, au moins partiellement, en position d'utilisation, carac- térisée en ce qu'une couche de glissement ( 18), réalisée dans un matériau plus dur que le corps d'étanchéité ( 19), est placée contre la bague d'étanchéité ( 6), dans la région du pourtour intérieur ou extérieur ( 14, 15) du corps d'étanchéité ( 19), opposée, en position d'utilisation, au fond ( 17) du creux ( 7). 2 Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de glissement ( 18) est une garniture de corps d'étanchéité. 3 Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de glissement ( 18) est encastrée dans un creux ( 20, 20 ') du corps d'étanchéité ( 19). 4 Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche de glissement ( 18) est un corps annulaire fermé en soi qui est disposé notamment coaxialement au corps d'étanchéité ( 19). Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche de glissement ( 18) est assemblée au corps d'étanchéité ( 19), de manière fixe et inamovible. 6 Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la couche de glissement ( 18) est formée par un anneau de feuille mince ( 35). 7 Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps d'étanchéité ( 19) et la couche de glissement ( 18) sont réalisés chacun dans une matière plastique, le corps d'étanchéité ( 19) étant par exemple en caoutchouc et la couche de glissement ( 18) par exemple dans un élastomère de polyester. 8 Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'en position d'utilisation, elle est placée dans un creux ( 7) d'un organe d'obturation ( 3 '), partagé radialement dans la région de ce creux ou d'une partie de boîtier de vanne ( 1). 9 Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le corps d'étanchéité ( 19) est placé dans le creux ( 7), de manière souple et élastique en direction radiale et comporte opportunément, sur le côté périphérique tourné vers le fond ( 17) du creux, vu en coupe transversale, deux parties d'appui élastiques, placées axialement de part et d'autre de la découpe du corps d'étanchéité et qui, pour maintenir la bague d'étanchéité à l'intérieur du creux ( 7), sont opportunément soumises à l'action d'un fluide. Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'en position d'utilisation, la couche de glissement ( 18), vue en coupe transversale de la bague d'étanchéité ( 6), est bombée dans la direction opposée au fond ( 17) du creux. 11 Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la couche de glissement ( 18) est une bande fermée en anneau. 12 Procédé de fabrication de la bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on réalise tout d'abord, dans une feuille mince ( 30) ou similaire, réalisée dans le matériau de la couche de glissement ( 18) ultérieur, une poche ( 32) à peu près en forme de cylindre creux, par exemple par action d'un poinçon ( 33) et en ce qu'ensuite on découpe cette poche ( 32), couche par couche, transversalement à son extension longitudinale ( 31), de manière à obtenir des anneaux de feuilles minces ( 35), à appliquer ultérieure- ment sur un corps d'étanchéité ( 19) et formant la couche de glissement ( 18).