Brevet FR2746889A1 — publié le 19971003

La présente invention est relative à un joint d'étanchéité notamment pour piston ou tige de vérin pneumatique ou hydraulique double effet ou de tiroir de distribution. Pour assurer l'étanchéité par exemple entre un piston et le tube d'un vérin, ou entre la tige et le fond avant d'un vérin on utilise à l'heure actuelle divers types de joints qui peuvent être rangés comme suit: - ceux permettant de réaliser l'étanchéité en deux points, cette étanchéité io étant obtenue par compression radiale du matériau du joint: il s'agit des joints toriques et des joints dits composites, un seul joint pouvant être utilisé pour assurer l'étanchéité lors des mouvements d'un piston dans un vérin double effet; - ceux avec lesquels l'étanchéité est également réalisée en deux points mais cette étanchéité est obtenue d'une part par l'étirement du joint sur la gorge dans laquelle il est positionné et d'autre part, par l'action de la pression: ce type de joint comportant notamment les joints à lèvre, nécessite dans le cas d'un vérin double effet, de prévoir deux joints et en outre il présente l'inconvénient que la contrainte au niveau de la lèvre est toujours maximale par rapport à la pression; - ceux permettant de réaliser l'étanchéité en trois points, cette étanchéité étant obtenue par compression du joint dans l'alésage qui le reçoit et par l'action de la pression. La pression est toujours emmagasinée sous le joint, ce qui confère des contraintes maximales au niveau du contact joint/tube du vérin, cette contrainte pouvant être supprimée en prévoyant deux joints. Parmi les joints de ce type, on peut mentionner les joints Hecker et Knorr. L'ensemble de ces types d'étanchéité utilise des joints n'ayant aucun mouvement transversal dans leur gorge. Partant de cet état de la technique, la présente invention se propose de réaliser un joint d'étanchéité à trois points de contact au repos, sans pression, et deux points de contact sous pression permettant d'assurer une étanchéité parfaite lors des déplacements du joint associée à de faibles frottements se traduisant par une durée de vie supérieure à celle des joints classiques. En conséquence, la présente invention a pour objet un joint d'étanchéité en élastomère, notamment pour piston ou tige de vérin pneumatique ou hydraulique double effet et simple effet caractérisé en ce qu'il est du type à section droite en oméga, à trois points d'étanchéité lorsqu'il est au repos en l'absence de pression et deux points d'étanchéité sous pression, obtenus par un mouvement de translation du joint dans sa gorge et en ce qu'il comporte: - une partie annulaire circulaire munie d'une bande de frottement périphérique assurant le contact et l'étanchéité avec le tube du vérin et de plots sur les faces latérales assurant la butée du joint dans un sens ou dans l'autre ol0 sur les faces latérales de la gorge du piston et l'étanchéité; - deux ailettes latérales pourvues, sur leur partie inférieure respective, d'un bourrelet latéral d'étanchéité assurant respectivement le contact avec les faces latérales de la gorge du piston dans laquelle le joint est positionné, lesdites ailettes étant évasées vers l'extérieur afin d'assurer le centrage du joint par rapport à sa gorge, en l'absence de pression et, - en ce que les masses des parties constitutives du joint sont réparties de manière que le centre de gravité de la section dudit joint soit situé à la partie supérieure du joint et qu'il se situe au- dessus du centre d'action des efforts dus à la pression assimilable au centre de poussée dans un système hydraulique. Selon l'invention, le joint se déplace dans sa gorge afin de supprimer le contact sur la face latérale de la gorge du piston côté pression. Selon une caractéristique de l'invention, le joint peut comporter une pièce centrale, par exemple l'aimant d'un système de détection magnétique, cette pièce centrale étant percée d'une ouverture afin d'assurer l'admission de la pression sous toute la surface du joint et l'échappement de cette même pression. Selon une autre caractéristique de l'invention, les ailettes font un angle a avec la verticale, qui est inférieur à 10 . On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation d'un joint selon la présente invention. Dans cet exemple de réalisation, le joint est un joint de piston de vérin. Il demeure cependant bien entendu que ce joint peut également s'appliquer en vue d'assurer l'étanchéité 3 2746889 sur une tige de vérin ou de tiroir de distributeur. Au cours de cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est une vue partielle en coupe axiale longitudinale d'un piston de vérin muni d'un joint d'étanchéité selon la présente invention; - La figure 2 est une vue à grande échelle, en coupe diamétrale d'un joint selon l'invention; - La figure 3 est une vue en plan, à plus petite échelle, du joint selon l'invention illustré par la figure 2; - La figure 4 est une vue schématique en coupe verticale d'un joint selon io l'invention représenté au repos dans le tube d'un vérin et, - Les figures 5 à 9 sont des vues similaires à la figure 4 illustrant le fonctionnement du joint selon la présente invention lors du déplacement du piston dans les deux sens. En se référant aux dessins et plus particulièrement aux figures 1 à 3, on voit que le joint d'étanchéité selon la présente invention présente une forme en oméga en section droite. Sur la figure 1, on a illustré la manière selon laquelle le joint, désigné dans son ensemble par la référence 5, est positionné dans la gorge 7 du piston 6 d'un vérin, pour assurer l'étanchéité sur le tube 9 du vérin et les faces latérales de la gorge du piston. Selon l'invention, le joint comporte une partie annulaire circulaire 10 munie d'une bande de frottement périphérique 11 qui assure, par contact avec le tube 9 du vérin, I'un des points d'étanchéité. Cette partie annulaire circulaire 10 comporte en outre des plots de butée 14 et 14', répartis sur chacune de ses faces extérieures comme on le voit clairement sur les figures 2 et 3. Le joint comporte en outre, deux ailettes latérales 12, 12' qui sont munies, sur leur partie inférieure respective, d'un bourrelet latéral d'étanchéité 13, 13' respectivement, assurant le contact avec les faces latérales 8,8' de la gorge 7 du vérin dans laquelle le joint est positionné, les ailettes 12, 12' étant évasées vers l'extérieur comme on peut le voir sur la figure 4 afin d'assurer, au repos en l'absence de pression, le centrage du joint, par rapport à sa gorge 7. Selon la présente invention, et afin d'assurer un bon échappement de la pression emmagasinée sous le joint lors de son fonctionnement, l'angle a de 4 2746889 chaque ailette 12 ou 12' par rapport à la verticale doit être inférieur à 10 , par exemple égal à 5 . Ainsi, le joint selon l'invention peut être considéré comme un anneau circulaire muni de chaque côté de deux ailettes 12, 12' dont la déformation suivant son serrage diamétral est assimilée à une membrane flexible. Lors du centrage du joint dans son logement, les ailettes, grâce à leur flexibilité jouent le rôle de deux ressorts de force égale et d'actions opposées. Grâce à ces caractéristiques, le joint selon l'invention permet d'obtenir au repos trois points de contact (voir la figure 5): un premier point avec le tube 9 du vérin 1o et les deux autres points sur les faces latérales 8,8' de la gorge du vérin. Selon la présente invention, la répartition des masses des parties constitutives du joint sont telles que le centre de gravité de la section du joint est situé à la partie supérieure du joint (c'est-à-dire dans sa partie annulaire 10), ce centre de gravité étant situé au-dessus du centre d'action des efforts dus à la pression, assimilable au centre de poussée en hydraulique. Grâce à cette disposition, on évite toute possibilité de coincement du joint ainsi que toute rotation de ce dernier dans sa gorge, lors des déplacements du piston. Le joint selon la présente invention peut être mis en oeuvre en utilisant une pièce centrale par exemple l'aimant 15 (figure 5) d'un système de détection magnétique. Cette pièce centrale doit comporter une ouverture 16 qui la traverse de part en part afin d'assurer l'admission de la pression sous toute la surface du joint et l'échappement de celle-ci, comme on le voit sur le dessin. On se réfère maintenant aux figures 5 à 9 afin d'expliquer le fonctionnement du joint selon l'invention. On a vu qu'au repos le joint monté dans sa gorge était centré par rapport à celle-ci en l'absence de pression, le centrage étant obtenu grâce à la flexibilité des ailettes 12, 12'. La contrainte au niveau du point du contact du joint avec le tube 9 est minimale car l'élastomère constituant le joint n'est pas comprimé radialement entre le fond de la gorge et l'alésage. Lors de l'admission de la pression, par exemple sur le côté droit du joint comme on le voit sur la figure 5, cette dernière agit sur toute la surface de l'ailette 12' provoquant ainsi, pour une valeur déterminée de la pression, un moment de torsion de l'anneau circulaire constituant l'ailette, ce qui se traduit 2746889 par une ligne de fuite au niveau du bourrelet d'étanchéité 13'. Du côté opposé à la pression, la contrainte due à cette dernière s'exerçant sur l'ailette 12, s'ajoute à celle du serrage du joint dans sa gorge (du à la flexibilité de l'ailette 12), ce qui confirme l'étanchéité entre le bourrelet 13 de l'ailette 12 du joint et la face latérale 8 de la gorge 7. En augmentant la pression côté admission (c'est-à-dire côté droit de la figure 6), donc en augmentant la différence de pression entre les deux chambres de la gorge du joint, on provoque une translation du joint dans sa gorge, ce dernier venant en butée par ses plots 14 sur la face 8 de la gorge du piston qui io est opposée à l'admission de la pression. Lors de cette translation, le joint n'a plus que deux points de contact et d'étanchéité, comme on le voit clairement sur la figure 6: un point de contact avec le tube 9 et l'autre point de contact sur la face 8 de la gorge opposée à la pression (c'est-à-dire entre le bourrelet 13 et la face 8 de la gorge). Côté pression, il existe un jeu fonctionnel entre le bourrelet 13' et la face 8' de la gorge, qui est assuré par la mise en contact des plots de butée 14 sur la face 8 de la gorge, ce qui permet l'échappement de la pression comme illustré sur la figure 6. Lors du mouvement décrit ci-dessus, le joint doit se déplacer sans tourner sans sa gorge et cette caractéristique, ainsi qu'on la vu ci- dessus est obtenue par la répartition des masses du joint et par sa géométrie de contact au niveau du tube 9 positionnant le centre d'action des efforts dus à la pression en- dessous du centre de gravité. Les plots de butée 14 et 14' permettent également d'admettre la pression d'échappement au niveau des ailettes 12, 12' lorsque le joint est en butée contre une face de son logement, ce qui permet également d'éviter la déformation des ailettes susceptible de créer des lignes de fuite. Lorsqu'on inverse le sens d'admission de la pression (figure 7), le joint reste dans sa position jusqu'à ce que la différence de pression entre les deux chambres de sa gorge soit supérieure à une valeur déterminée. La pression sous le joint s'échappe par le jeu qui existe entre le bourrelet 13' et la face 8' d'étanchéité de la gorge. La contrainte exercée au niveau du contact joint-tube 9 est liée au serrage diamétral du joint dans son tube, augmentée de la contrainte résultant de la différence de pression entre les deux chambres. La contrainte 6 2746889 résultante est très faible, ce qui assure un faible frottement. La position centrale (figure 8) lors du retour du joint est très courte et très instable et le basculement (figure 9) s' effectue sans arrêt. La pression augmentant (figure 9) le joint vient en butée par ses plots 14' sur la face 8' de sa gorge opposée à l'admission de la pression. Dans cette position le joint comporte deux points de contact d'étanchéité: l'un avec le tube 9 et l'autre avec la face latérale 8' de sa gorge, par le bourrelet 13'. Côté pression, il existe un jeu fonctionnel entre le bourrelet 13 et la face 8 qui est assurée par la mise en contact des plots de butée 14' sur la face 8'. io Parmi les avantages apportés par le joint selon la présente invention, on peut citer notamment les suivants: - obtention d'une étanchéité parfaite sur la face du piston opposée à la pression pour une valeur proche de O bar relatif; - très faible frottement et absence de gommage, absence de rotation du joint lors de ses déplacements et absence de coincement, - longue durée de vie - faible coût, - possibilité d'un montage avec un aimant centré dans le piston, Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté ici. Ainsi, le fonctionnement du joint selon l'invention a été décrit en référence à un joint de piston double effet. Il ne s'agit là que d'un exemple d'application, l'invention pouvant s'appliquer à d'autres fonctions notamment joint de tige, joint de tiroir, etc. REVENDICATIONS I - Joint d'étanchéité en élastomère, notamment pour piston ou tige de vérin pneumatique ou hydraulique double ou simple effet caractérisé en ce qu'il est du type à section droite en oméga, à trois points d'étanchéité lorsqu'il est au repos en l'absence de pression et deux points d'étanchéité sous pression obtenus par un mouvement de translation du joint dans sa gorge et en ce qu'il comporte: - une partie annulaire circulaire (10) munie d'une bande de frottement io périphérique (11) assurant le contact d'étanchéité avec le tube (9) du vérin; - deux ailettes latérales (12, 12') pourvues, sur leur partie inférieure respective, d'un bourrelet latéral d'étanchéité (13, 13') assurant respectivement le contact d'étanchéité avec les faces latérales (8, 8') de la gorge (7) dans laquelle le joint est positionné, lesdites ailettes étant évasées vers l'extérieur afin d'assurer le centrage du joint par rapport à sa gorge, en l'absence de pression et, - en ce que les masses des parties constitutives du joint sont réparties de manière que le centre de gravité de la section dudit joint soit situé à la partie supérieure du joint et qu'il se situe au-dessus du centre d'action des efforts dus à la pression, assimilable au centre de poussée en hydraulique. 2 - Joint d'étanchéité selon la revendication 1 en ce qu'il comporte en outre des plots de butée (14, 14') répartis sur chacune des faces extérieures de la partie annulaire circulaire (10). 3 - Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les ailettes (12, 12') font un angle (a) avec la verticale, inférieur à 10 . 4 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pièce centrale (15) notamment un aimant d'un système de détection magnétique, cette pièce centrale comportant une ouverture (16) la traversant de part en part afin d'assurer l'admission de la pression sous toute la surface du joint et son échappement.