Brevet FR2767177A1 — publié le 19990212

L'invention se rapporte à une structure d'étanchéité pour tige de piston, en particulier d'amortisseurs de vibrations destinés à des véhicules automobiles, la tige de piston étant déplaçable axialement dans un cylindre et au moins deux éléments d'étanchéité étant prévus entre cette tige et la paroi intérieure du cylindre. Une telle structure d'étanchéité est divulguée dans EP-A-00 32 988. La structure d'étanchéité de ce document consiste en un premier joint d'étanchéité en forme de manchon comprenant une lèvre qui est en appui contre la surface de l'enveloppe de la tige de piston. Une partie du manchon entoure un deuxième joint d'étanchéité qui est également en appui contre la tige de piston. Cette disposition a l'inconvénient que le premier joint d'étanchéité en forme de manchon a une forme irrégulière en coupe transversale et donc est coûteux à fabriquer. Les formes irrégulières ont aussi pour conséquence que les contraintes s'exercent avec des différences de force dans la matière du joint; un risque de déchirure apparait aux emplacements auxquels les contraintes sont les plus fortes. Il n'est donc pas non plus garanti que la pression nécessaire à la fiabilité de l'étanchéité soit disponible dans la lèvre de manière constante pendant une longue période de service. Un autre inconvénient est que le deuxième joint élève certes l'effet d'étanchéité, mais accessoirement de grandes forces de frottement agissent sur la surface d'enveloppe de la tige de piston, de sorte qu'il faut utiliser davantage d'énergie pour le déplacement de cette dernière. Les grandes forces augmentent aussi l'usure de la matière. L'invention a pour objet de réaliser une structure d'étanchéité telle que spécifiée en préambule, par des moyens simples, de façon qu'elle soit fiable en service et que l'usure soit faible. Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait qu'un anneau de glissement et d'étanchéité est directement en appui contre la surface de l'enveloppe de la tige de piston, les éléments d'étanchéité et l'anneau de glissement d'étanchéité étant disposés de manière qu'ils se succèdent radialement en série et qu'ils soient situés dans un plan radial commun qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal de symétrie de la tige de piston. L'anneau de glissement d'étanchéité qui est en appui directement contre la tige de piston réduit les forces de frottement entre cette dernière et la structure d'étanchéité et donc aussi l'usure des arêtes d'étanchéité. Il est par ailleurs avantageux que grâce à la disposition en série de plusieurs anneaux et éléments d'étanchéité situés dans un plan radial commun, la courbe caractéristique d'élasticité de l'ensemble de la structure soit en faible pente. Ceci signifie que de relativement grandes courses d'élasticité produites à l'intérieur de la structure n'ont pour conséquence que de faibles variations de la force de serrage de la structure sur la tige de piston. Ceci signifie par ailleurs que de grandes tolérances des composants, des fluctuations de température et l'usure peuvent être compensées sans grande variation de la force d'étanchéité ou de la force de frottement dans la direction de l'axe de la tige de piston. La structure peut être par ailleurs réalisée à bon marché à l'aide de composants normalisés. Aucun joint d'étanchéité ayant une géométrie compliquée en coupe transversale n'est nécessaire. L'anneau de glissement d'étanchéité est avantageusement en Téflonr qui a un faible coefficient de frottement, de sorte que les forces de frottement peuvent être considérablement réduites. Le plan radial commun est avantageusement aussi le plan de symétrie de chacun des éléments d'étanchéité et de l'anneau d'étanchéité et de glissement. Cette disposition rend possible une distribution symétrique et régulière des forces à l'intérieur de la structure, ainsi qu'une force constante de serrage sur la surface enveloppe de la tige de piston, de sorte que le risque de fatigue de la matière est réduit et qu'un effet constant d'étanchéité est garanti pendant une longue période de service. Les éléments d'étanchéité sont avantageusement des joints toriques, présentant une même forme circulaire en coupe transversale. L'anneau d'étanchéité et de glissement a en coupe transversale une forme sensiblement rectangulaire présentant un rétrécissement situé radialement à l'intérieur et en appui contre la surface enveloppe de la tige de piston, de sorte que la pression de serrage sur cette dernière est accrue et que l'effet d'étanchéité est amélioré. Il résulte du faible coefficient de frottement de l'anneau de glissement et d'étanchéité que les forces de frottement sont réduites dans la direction de l'axe de la tige de piston malgré la forte pression de serrage. Il est possible d'utiliser au lieu de deux joints toriques des anneaux ou éléments de forme géométrique correspondante. Les éléments d'étanchéité et l'anneau de glissement et d'étanchéité sont de préférence logés dans un support, de sorte que le montage en succession radiale peut être réalisé de manière simple et que la direction de la pression de serrage qui est perpendiculaire à l'axe de symétrie longitudinal de la tige de piston peut être prescrite exactement. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation d'une structure d'étanchéité conforme à l'invention et la figure 2 représente la courbe caractéristique d'élasticité de la structure d'étanchéité. La structure d'étanchéité 2 que représente la figure 1 est destinée à une tige de piston 3 située dans un amortisseur de vibrations 1 d'un véhicule automobile. La tige de piston 3 est montée déplaçable axialement dans un cylindre 4. La structure d'étanchéité 2 est disposée en position fixe dans un support 13 en forme de collier qui est placé entre la paroi intérieure 5 du cylindre 4 et la surface 8 de l'enveloppe de la tige de piston 3. L'ensemble de la structure est symétrique de révolution. Les éléments d'étanchéité de la structure 2 comprennent deux éléments d'étanchéité 6, 7 et un anneau de glissement et d'étanchéité 9. Les éléments annulaires 6, 7 de section transversale circulaire et l'anneau de glissement 9 qui se succèdent radialement sont disposés dans une gorge 14 du support 13. Les éléments 6, 7, qui sont en un élastomère, sont disposés radialement à l'extérieur. L'anneau d'étanchéité et de glissement 9, qui est en un matériau à faible coefficient de frottement, en particulier en Téflon(@, est disposé radialement à l'intérieur et avoisine directement la surface enveloppe 8 de la tige de piston 3. L'anneau d'étanchéité et de glissement 9 a une section transversale sensiblement rectangulaire et comporte sur le côté situé radialement à l'intérieur un rétrécissement 12 agissant sur la surface 8. Le rétrécissement 12 provoque une élévation de la force de serrage sur la tige de piston et donc une amélioration de l'effet d'étanchéité. Toutes les pièces d'étanchéité 6, 7, 9 confinent directement les unes aux autres. Il peut cependant aussi être avantageux, en variante de réalisation, de disposer d'autres composants, par exemple des supports, entre les différents éléments d'étanchéité et/ou entre ces derniers et l'anneau d'étanchéité et de glissement. Les pièces d'étanchéité 6, 7, 9 sont logées dans une gorge annulaire 14 du support 13. Toutes les pièces ont sensiblement la même hauteur axiale h qui correspond à la largeur de la gorge 14, de sorte qu'elles peuvent être tenues sans jeu dans cette dernière. Dans cette structure, le plan de symétrie de chaque pièce d'étanchéité coïncide avec un plan radial à travers lequel l'axe de symétrie longitudinal 11 de la tige de piston 3 passe perpendiculairement. La direction de la pression de serrage - perpendiculaire à la surface 8 de l'enveloppe de la tige de piston 3 - est donc prescrite de manière précise. La profondeur radiale de la gorge 14 correspond à peu près à la somme des dimensions radiales de toutes les pièces d'étanchéité 6, 7, 9, de sorte que toutes celles-ci sont logées sensiblement en totalité dans la gorge annulaire 14 et sont tenues de manière fiable. Le support 13 comporte sur le côté tourné vers la surface enveloppe 8 de la tige de piston, à proximité des parois de la gorge, des évidements 15 destinés au fluide de l'amortisseur de vibrations. La succession radiale des deux éléments d'étanchéité 6, 7 en élastomère permet d'obtenir en direction radiale une courbe caractéristique globale d'élasticité à faible pente. La figure 2 représente la courbe 17 de la force radiale d'élasticité et donc de la force de serrage des deux éléments successifs d'étanchéité 6, 7 en fonction de la dimension radiale de ces derniers. Une variation As de la dimension radiale, par exemple une augmentation par suite d'un échauffement ou une diminution par suite d'usure, ne provoque grâce à la faible pente de la courbe caractéristique 17 qu'une faible variation AF2 de la force radiale de serrage. La structure d'étanchéité selon l'invention est donc insensible aux effets de la chaleur ou à l'usure, de sorte que la force de serrage demeure sensiblement constante pendant une longue durée de service. Par contre, la courbe caractéristique d'élasticité 16 des structures connues d'étanchéité est en pente fortement ascendante. Conformément à la figure 2, une variation As des structures de l'art antérieur provoque une forte variation AF, de la force radiale de serrage. Il peut être avantageux de disposer en succession radiale en succession plus de deux éléments d'étanchéité en élastomère pour agir sur l'allure de la courbe caractéristique d'élasticité. R E V E N D ICATIONS 1. Structure d'étanchéité pour tige de piston, en particulier d'amortisseurs de vibration disposés dans des véhicules automobiles, la tige de piston (3) étant montée déplaçable axialement dans un cylindre (4) et au moins deux éléments d'étanchéité (6, 7) étant prévus entre cette tige (3) et la paroi intérieure (5) du cylindre (4), caractérisée en ce qu'un anneau de glissement et d'étanchéité (9) est en appui directement contre la surface enveloppe (8) de la tige de piston (3), les éléments d'étanchéité (6, 7) et l'anneau de glissement d'étanchéité (9) étant disposés de manière qu'ils se succèdent radialement en série et qu'ils soient situés dans un plan radial commun (10) perpendiculaire à l'axe longitudinal de symétrie (11) de la tige de piston (3). 2. Structure d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments et d'étanchéité (6, 7) et l'anneau de glissement d'étanchéité (9) se succèdent en confinant directement les unes aux autres. 3. Structure d'étanchéité selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'anneau de glissement d'étanchéité (9) est en Téflon@,. 4. Structure d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments d'étanchéité (6, 7) et l'anneau de glissement et d'étanchéité (9) présentent axialement à peu près la même hauteur (h). 5. Structure d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le plan radial (10) est également le plan de symétrie de chaque élément d'étanchéité et de l'anneau d'étanchéité et de glissement (6, 7, 9). 6. Structure d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments d'étanchéité (6, 7) ont la même forme en coupe transversale, en particulier circulaire. 7. Structure d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la section transversale de l'anneau de glissement d'étanchéité (9) a une forme sensiblement rectangulaire et présente un rétrécissement (12) radialement à l'intérieur. 8. Structure d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments d'étanchéité (6, 7) et l'anneau de glissement et d'étanchéité (9) sont loges dans un support (13).