Brevet FR2729203A1 — publié le 19960712

La présente invention concerne un assemblage pour un mécanisme à fluide sous pression, tel qu'un moteur ou une pompe hydraulique, comprenant deux pièces, respectivement interne et externe, susceptibles de tourner l'une par rapport à l'autre. La pièce externe est munie d'un évidement présentant une face cylindrique, et la piece interne est disposée dans cet évidement et présente une face cylindrique, de même axe que la face cylindrique de la pièce externe et située en regard de celle face. L'assemblage comprend, en outre, un ensemble d'étanchéité comportant une gorge annulaire ménagée dans la face cylindrique d'une première desdites pièces, et un joint d'étanchéité, disposé dans cette gorge et comprenant un premier anneau fermé, réalisé en matériau plastique et disposé en contact étanche avec la face cylindrique de la deuxième desdites pièces, et un deuxième anneau, situé du côté du fond de la gorge, réalisé en métal et coopérant avec le premier anneau. La pièce externe est, par exemple, constituée par le carter d'un moteur hydraulique, dans lequel un arbre de sortie, qui consitue alors la pièce interne, est - rotatif. L'ensemble d'étanchéité sert à isola du reste du moteur une enceinte alimentée en fluide hydraulique sous pression. Il peut s'agir d'une enceinte dans laquelle circule un fluide d'alimentation des cylindres du moteur hydraulique ou d'une enceinte dans laquelle circule un fluide de commande du freinage ou du défreinage. La pression du fluide entre les deux pièces peut atteindre 450 bars, et la vitesse de rotation de ces deux pièces l'une par rapport à l'autre peut atteindre 200 tours/minute, voire davantage.An cours du fonctionnement do moleur, la température est généralement de l'ordre de 70 à 80 C et peut atteindre 120 C. On connaît, par le brevet européen n 0 487 393, un assemblage de ce type, dans lequel le deuxième anneau est fendu et élastiquement déformable. Il joue le rôle d'un ressort et tend à déformer le premier anneau dans le sens de son application sur la face cylindrique de la deuxième pièce. Ce système s'avère très efficace, mais présente un inconvénient. En effet, le deuxième anneau étant réalisé en métal, il ne peut rester élastiquement déformable pour assurer sa fonction de ressort que s'il est suffisamment épais. On a ainsi constaté que lorsque l'épaisseur radiale du premier anneau est de l'ordre de 2,5 à 3 millimètres, celle du deuxième anneau doit au moins être de l'ordre de 4 à 5 millimètres. L'encombrement du joint, dont l'épaisseur est globalement égale à la somme de celles do premier et du deuxième anneaux, devient peu compatible avec ks exigences liées à la fibrication du moteur. L'invention a pour but de remédier à ces mconvénients. Dans ce but, le deuxième anneau est un anneau fermé, solidaire du premier anneau, et présente une épaisseur radiale comprise entre le dixième et le quart de l'épaisseur radiale du premier anneau. Dans cette conformation, le deuxième anneau étant ferme, il possède une rigidité radiale élevée et joue le rôle de stabilisateur de la tendance du premier anneau à se dilater ou à se contracter. En effet, le premier anneau est réalisé dans un matériau plastique dont le coefficient de dilatation est classiquement de l'ordre de 5.10-5 K-1. Ce coefficient est relativement important et le premier anneau réagit assez fortement aux variations de température. Si le joint d'étanchéité était seulement constitué par un tel anneau eu plastique, la tendance de oe i se dilater à température élevée et àse rétracter lorsque la température diminue risquerait de nuire à la qualité de l'étanchéité. Le deuxième anneau est réalisé dans un matériau métallique, avantageusement de l'acier, dont le coefficient de dilatation est de l'ordre de 1,2 10-5 K-1. Selon qu'il est placé à l'intérieur ou à l'extérieur du premier anneau, il limite donc la tendance de ce dernier à se rétracter ou à se dilater, et fait ainsi en sorte que, quelle que soit la température du moteur lors de son fonctionnement, le premier anneau soit appliqué sur la face cylindrique de la deuxième pièce. Dans la mesure où les deux anneaux sont solidaires l'um de l'autre, leur déplacement relatif est évité, et le deuxième anneau jolie k rôk de stabilisateur du premier, même si son épaisseur est faible. on a constaté que le fait de doter le deuxième anneau d'une épaisseur radiale comprise entre le dixième et le quart de celle du premier anneau permettait à la fois de limiter l'encombrement du joint tout en assurant l'étanchéité souhaitée. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation indiqués à titre d'exemples non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale montrant une première disposition de l'assemblage, - b figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant une deuxième disposition de l'assemblage, - les figures 3, 4 et 5 montrent, en section radiale, trois modes de réalisation du joint d'étanchéité. La figure 1 montre un assemblage comprenant une pièce interme 10 présentant une face cylindrique 12, et une pièce externe 14 munie $d'un évidement dans lequel est disposé la pièce mterne 10 et qui présente une face cylindrique 16. Les faces cylindriques 12 et 16 sont situées en regard l'une de l'antre et ont le même axe géométrique 13. L'assemblage de ta figure 1 compend, en outre, un ensemble d'étanchéité qui comporte ne gorge annulaire 18 ménagée sur la face cylindrique 12 de la pièce mterne 10, et un joint d'étanchéité disposé dans cette gorge. Un mécanisme de ce type peut, de façon générale, équiper un mécanisme à fluide sous pression, par exemple un moteur o. une pompe hydraulique. Le joint 20 comprend d'une part, un premier anneau fermé 22, réalisé en matéri- plastique et disposé en contact étanche Ivec la face cylindrique 16 de la pièce externe 14, et, d'autre part, un deuxième anneau 24, situé du côté du fond 18a de la gorge 18, réalisé en métal et coopérant avec le premier anneau 22. Cette figure est très schématique et sert seulement à positionna les différents éléments constitutifs de l'assemblage les uns par rapport = autres. Comme on ra indiqué précédemment, la pièce est peut être constitlée par le carter d'un moteur hydraulique, et la pièce interne peut des constituée par un arbre 10 monté rotatif dans l'alésage de ce carter. D'un premier côté de l'ensemble d'étanchéité (i droite sur la figure), peut être réalisée une enceinte 26, dont seule l'amorce est schématisée, qui contient a fluide hydraulique sous pression. Ce fluide exerce sur le joint une force dont la direction est indiquée par la flèche F et qei tend à le plaquer contre la paroi radiale 18b de la gorge. L'ensemble d'étanchéité sert à isoler du fluide hydraulique certaines parties du moteur, et notamment l'espace annulaire 28 ménagé, Cire les faces cylindriques 12 et 16, au-delà de la paroi radiale 18b de la gorge. En fait, un tel ensemble d'étanchéité peut servir à isoler les unes des autres plusieurs enceintes contenant des fluides dont on souhaite éviter qu'ils ne se mélangent les uns aux autres, ou à isoler une enceinte du lek du moteur. Le deuxième anneau 24 est fermé et est solidaire du premier anneau 22. Il se trouve situé du côté du fond 18a de la gorge 18, c'est-à-dire, cette gorge étant réalisée dans la face cylindrique 12 de la pièce interne 10,1. voisinage de la périphérie interne du premier anneau, sans contact avec le fond de la gorge 18. Grîce à cette conformation, lorsque la température du moteur augmente, le premier anneau 22 tend à se dilater. Plus précisément, dans la mesure où son expansion est limitée par la face cylindrique 16 de la pièce externe 14, il s'applique fortement contre cette face cylindrique, ce qui assure l'étanchéité reqliise. La contrainte de compression ainsi créée tend à diminuer dans le temps, alors que le matériau subit une déformation permanente. Il s'agit du phénomène de la relaxation. Ainsi, lorsque la température du moteur baisse, le premier anneau 22 tend à se rétracter.S'il était senl son coefficient de dilatation étant relativement important, son diamètre aurait tendance à diminuer de manière sensible. De ce fail, le contact entre ce premier anneau et la face cylindrique 16 de la pièce exile ne serait plus suffisant pour garantir l'étanchéité souhaitée. En revanche, le coefficient de dilatation du matériau qui constitue le deuxième anneau étant environ quatre fois moindre que celui du matériau qui constitue le premier anneau, le diamètre de ce deuxième ai-a. ne diminue que très peu lorsque la température du moteur baise.Par conséquent, le premier anneau étant solidaire du deuxième, son diamètre ne diminue également que très faiblement lorsque la température .. on s'assure ainsi que, même aux bases températures, par exemple lors d'un redémarrage du moteur après un arrêt prolongé, le contact entre le premier anneau et la face cylindrique 16 de l'élément externe reste suffisant pour que l'étanchéité souhaitée soit garantie. Sur la figure 2, les éléments analogues à ceux de la figure 1 sat affectés des mêmes références augmentées de 20. Dans la -os de cette figure, la gorge 38 est réalisée dans la face cylindrique 36 de la pièce externe 34. Le deuxième anneau 44 est situé du côté du fond 38a de la gorge, c'est-à-dire qu'il se trouve au voisinage de la périphérie externe du premier anneau 42, sans contact avec le fond de la gorge 38. Ainsi, lorsque la température du moteur baisse, le premier anneau 42 tend à se rétracter, c'est-à-dire que son diamètre tend à diminuer, et se trouve donc fortement appliqué contre la face cylindrique 32 de la pièce interne 30. En revanche, lorsque la température du moteur monte, le premier anneau 42 tend à se dilater. Si le joint était uniquement constitué par ce premier anneau, son diamètre pourrait donc augmenter et le contact entre sa périphérie interne et la face cylindrique 32 de la pièce interne serait insffisat pour que l'étanchéité requise soit garantie. Du fait du faible coefficient de dilatation du matériau qui le constitue, le deuxième anneau 44 réagit beaucoup plus faiblement aux variations de température. Son diamètre augmente donc très peu lorsque la température du moteur augmente, ce qui contraint le diamètre du premier anneau à rester également pratiquement inchangé. Le contact entre la périphérie interne de ce dernier et la face cylindrique 32 de la pièce interne 30 reste donc pour que l'étanchéité requise soit garantie. Le deuxième anneau est de préférence réalisé en acier, doit le coefficient de dilation est de l'ordre de 1,2. 1t5 K-1. Selon l'application choisie, le premier anneau est, quant à lui, avantageusement réalisé ci polyamide 6, en polyimide ou en polytétrafluoroéthylène. De manière générale, on peut réaliser le premier anneau dans un matériau plastique doit le coefficient de dilatation est de l'ordre de 5. 10-5 K-1, soit environ quatre fois plus grand que celui de l'acier. La figure 3 est une section radiale du joint d'étanchéité 20. On voit sur cette figure que les anneaux 22 et 24 ont tout deux une section sensiblement rectangulaire. L'épaisseur radiale e3 du deuxième anneau 24 est faible par rapport à l'épaisseur radiale E3 du premier anneau 2S Plis précisément, E3 est quatre à dix fois plus grande que e3. En fait, le module élastique du métal, avantageusement de l'acier, qui constitue le premier anneau est de l'ordre de 210 GPa, tandis que le module élastique du plastique qui constitue le deuxième anneau est de l'ordre de 3 GP2 Ainsi, lorsque les épaisseurs radiales E3 et e3 sont respectivement de 4 mm et de 0,6 mm, la rigidité du deuxième anneau est environ 10 fois plus grande que celle du premier.En d'autres termes, les modules d'élasticité des matériaux qui constituent le premier et le deuxième anneaux sont suffisamment différents pour que, même lorsque le deuxième anneau est relativement mince, il assure un maintien efficace du premier anneau. Dans le mode de réalisation de h figure 3, la longueur axiale I du deuxième anneau est sensiblement égale à la longueur axiale L du premier. De manière générale, la longueur axiale du deuxième anneau est tout n plus égale à celle du premier. Dans les modes de réalisation des figures 3 et 4, k rapport dc l'épaisseur radiale E4 ou E5 du premier anneau à l'épaisseur radiale e4 ou e5 est dans la plage précédemment évoquée. Sur la figure 4, le premier anneau 122, présente deux bavettes radiales 1229 et 122b qui, lorsque le joint d'étanchéité est en place dans la rainure, s'étendent vers le fond de la gorge. En fait, le premier anneau comporte avantageusement au moins une telle bavette radiale, située du côté du joint adjacent à la face radiale de la gorge contre laquelle il est pressé par le fluide hydraulique, et qui recouvre au moins partiellement un côlé radial du deuxième anneau. Dans l'exemple représenté, les bavettes radiales définissent des épaulements. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le premier anneau 222 comporte également deux bavettes radiales 222a et 222b qui présentent cIIIcaie un prolongement axial rentrant 223a et 223b. Lorsque le joint est disposé dans la gorge, ce prolongement axial s'étend entre le deuxième anneau et le fond de la gorge. ll recouvre au moins paaielleeeent la face axiale du deuxième anneau 224 la plus proche du fond de la gorge. De manière générale, on peut prévoir que le premier anneau présente une rainure annulaire dans laquelle est disposé le deuxième anneau. Sur les figures 4 et 5, les bavettes 122a ou 222a et 122b ou 222b définissent enrre elles une telle rainure annulaire 125 ou 225. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le premier anneau 222 peut être surmoulé sur le deuxième anneau 224. Celui-ci ci peut être entièrement noyé dans la matière qui constitue le premier anneau ou, comme le montre la figure 5, conserver une portion non recouverte. Pour solidariser les premier et deuxième anneaux l'un avec rantre, On peut également les engager à force l'un par rapport à l'autre. Cest par exemple le cas du mode de réalisation de la figure 3, dans lequel les faces axiales 22' et 24 des deux anneaux situés en regard l'une de l'autre coogirent à force l'une arec l'autre. A titre d'exemple, il est également possible d'utiliser un tel engagement radial dans des variantes des figures 4 et 5 ne comportant qu'une seule bavette radiale. Sur toutes les figures, le deuxième anneau a en section une forme rectangulaire. ll peut également avoir une forme différente, par exemple torique. Dans ce cas, il est possible de doter le premier anneau d'une rainure annulaire dont la forme est telle que le deuxième anneau paisse être engagé dans cette rainure par clipsage. Sur les figures 4 et 5, les épaisseurs radiales E4 et Es des anneaux 122 et 222, sont les épaisseurs radiales utiles, c'est-à-dire qu'elles soit mesurées entre les extrémités axiales des premier et deuxième anneaux les plus éloignés du fond de la gorge. Les premier et deuxième anneaux peuvent être pourris de moyens pour s'agripper l'un à l'autre. Ces moyens sont par exemple constitués par des reliefs formés sur les faces de ces anneaux en contact REVENDICATIONS 1. Assemblage pour un mécanisme à fluide sous pression, tel qu'un moteur ou une pompe hydraulique, comprenant deux pièces, respectivement interne (10, 30) et externe (14, 34), susceptibles de tourner lune par rapport à l'autre, la pièce externe étant mule d'un évidement présentant une fice cylindrique (16, 36), et la pièce interne étant disposée dans ledit évidement et présentant une face cylindrique (12, 32), de même axe (13, 33) que la face cylindrique (16, 36) de la pièce externe et située en regard de ladite face, l'assemblage comprenant, en outre, un ensemble d'étanchéité -poitait une gorge annulaire (18, 38) ménagée dans la face cylindrique (12, 32) d'aie première (10 ; 34) desdites pièces, et un joint d'étanchéité (20 40), disposé dans cette gorge (18, 38) et comprenant un premier anneau frrmé (22,42), réalisé en matériau plastique et disposé en contact étanche avec la fice cylindrique (16 ; 32) de la deuxième (14, 30) desdites pièces, et n deuxième anneau (24, 44), situé du côté du fond (18a, 38a) de la gorge (18, 38), réalisé en métal et coopérant avec le premier anneau (22,42). caractérisé en ce que le deuxième anneau (24, 44) est un anneau fermé, solidaire du premier anneau (22, 42), et présente une épaisseur radicale (e3) comprise entre le dixième et le quart de l'épaisseur radiale (E3) du premier anneau (22). 2 Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier anneau (122 ; 22) présente au moins une bavette radiale (122a, 122b; 222a, 222b) s'étendant vers le fond de la gorge et recouvrant, au moins partiellement, un côté radial du deuxième anneau (124 ; 224). 3. Assemblage selon la revendication 2, caradérisé en ce que la bavette radiale (222a, 222b) présente un prolongement axial (223a, 223b) s'étendant entre le deuxième anneau (224) et le fond de la gorge. 4. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier anneau (122, 222) présente une ramure annulaire (125, 225) dans laquelle est disposé le deuxième anneau (124, 224). 5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième anneau (224) est surmoulé sur le premier anneau (222). 6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premier et deuxième anneaux (22,24) sont engagés à force l'un par rapport à l'autre. 7. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier et deuxième anneaux comportent des moyens pour s'agripper l'un à l'autre.