Brevet FR2776740A1 — publié le 19991001

PROCEDE POUR ASSURER L'ÉTANCHEITE ENTRE DEUX PIÈCES COAXIALES D'UN DISPOSITIF DE COMM4ANDE HYDRAULIQUE PAR EXEMPLE La présente Invention concerne un procédé pour assurer l'étanchéité entre deux pièces coaxiales d'un dispositif de commande hydraulique par exemple, l'une des deux pièces étant mobile en translation par rapport à l'autre pièce sous l'action exercée par la pression d'un fluide. Lorsqu'un piston se déplace en translation à l'intérieur d'un cylindre sous l'action exercée par un fluide, on prévoit toujours un dispositif d'étanchéité entre le piston et le cylindre. Ce dispositif d'étanchéité est le plus souvent constitué par un joint annulaire en un matériau élastiquement déformable qui est logé dans une gorge périphérique du piston, par exemple. Bien entendu, la forme donnée au joint d'étanchéité dépend notamment des conditions d'exploitation et des performances à satisfaire qui varient d'une application à l'autre. Dans le cas d'un dispositif de commande hydraulique des mâchoires d'un frein à tambours pour un véhicule automobile par exemple, deux pistons montés coulissant dans un même cylindre sont déplacés simultanément par un fluide sous pression dans deux directions opposées pour commander les mâchoires du frein à partir de l'actionnement de la pédale de frein. L'étanchéité entre chaque piston et le cylindre est assurée par un joint annulaire qui vient se loger dans une gorge périphérique de chaque piston. Dans cette application qui concerne la commande des mâchoires d'un frein à tambours, des joints à lèvre donnent entièrement satisfaction. Par contre, un joint à lèvre peut présenter un inconvénient majeur qui est son prix de fabrication élevé. En effet, les performances exigées par certains fabricants conduisent à donner une forme particulière à ce joint qui nécessite, en général, un moule en au moins trois parties pour sa fabrication. Pour abaisser le coût de fabrication d'un tel joint à lèvre, une solution pourrait consister à utiliser un simple joint torique par exemple. En effet, un joint torique peut être fabriqué à partir d'un moule en deux parties, ce qui présente de nombreux avantages, à savoir un temps de cycle de moulage qui est court, des opérations de démoulage rapides, une cadence de fabrication élevée et, par conséquent, un coût de fabrication du joint qui est réduit. Or, l'expérience montre qu'un simple joint torique pour assurer l'étanchéité dans un dispositif de commande hydraulique du type précité ne donne pas satisfaction, comme cela sera explicité plus loin. Le but de l'invention est de concevoir un joint d'étanchéité annulaire qui puisse présenter les mêmes performances qu'un joint à lèvre mais dont le coût de fabrication soit notablement réduit. A cet effet, l'invention propose un procédé pour assurer l'étanchéité entre deux pièces coaxiales d'un dispositif de commande hydraulique par exemple, l'une des pièces étant mobile en translation par rapport à l'autre pièce sous l'action exercée par un fluide sous pression, le procédé consistant à monter un joint d'étanchéité annulaire entre les deux pièces et étant caractérisé en ce qu'il consiste: - à fabriquer le joint dans un moule en deux parties, et - à monter le joint dans une gorge périphérique de l'une des deux pièces en le déformant de manière à lui donner la forme d'un joint à lèvre ayant des performances comparables à celles d'un joint à lèvre35 qui serait monté sans subir une telle déformation mais nécessiterait une fabrication dans un moule en au moins trois parties. Selon un premier mode opératoire, le procédé consiste à fabriquer le joint d'étanchéité dans un moule en deux parties de manière à ce que ledit joint comprenne notamment: - une première partie massique annulaire qui présente une surface interne tronconique dite surface de référence qui forme un angle a avec l'axe du joint, - une seconde surface massique annulaire qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de l'une des extrémités de la première partie massique, et - une lèvre annulaire qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe du joint et qui comporte un angle vif ou arête vers son extrémité libre et autour de sa surface périphérique externe. Dans ce premier mode opératoire, le plan de joint du moule est perpendiculaire à l'axe du joint et passe par les première et seconde parties massiques dudit joint. Selon un second mode opératoire, le procédé consiste à fabriquer le joint d'étanchéité dans un moule en deux parties de manière à ce que ledit joint comprenne notamment: - une première partie massique annulaire qui présente une surface interne tronconique dite surface de référence qui forme un angle a avec l'axe du joint, - une seconde surface massique annulaire qui s'étend sensiblement suivant l'axe du joint et vers une extrémité de la première partie massique, et - une lèvre annulaire qui s'étend radialement vers l'extérieur et qui présente un angle vif ou arête vers son extrémité libre et autour de sa surface périphérique externe. Dans ce second mode opératoire, le plan de joint du moule est perpendiculaire à l'axe du joint et partage la lèvre en deux parties, sachant qu'il pourrait éventuellement passer par l'arête de la lèvre. Quel que soit le mode opératoire choisi, le procédé consiste à monter le joint dans une gorge périphérique de l'une des deux pièces du dispositif de commande hydraulique en déformant le joint par rotation sur lui-même pour compenser l'angle c, de manière à ce que la surface tronconique de référence de la première partie massique du joint prenne une forme annulaire sensiblement cylindrique pour venir en contact avec le fond annulaire de la gorge, à ce que l'arête ou angle vif de la lèvre vienne sensiblement au contact de la seconde pièce, et à ce que la lèvre subisse une légère flexion vers la première partie massique tout en conservant une raideur suffisante. L'invention concerne également le joint d'étanchéité annulaire tel qu'il est obtenu après l'opération de moulage, ainsi qu'une utilisation de ce joint une fois qu'il est monté dans un dispositif de commande hydraulique des mâchoires d'un frein à tambours par exemple ou, d'une manière plus générale, dans tout dispositif de commande hydraulique o il faut assurer une étanchéité entre deux pièces dont l'une au moins est mobile par rapport à l'autre pièce. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique et partielle d'un dispositif de commande hydraulique des mâchoires d'un frein à tambours pour un véhicule automobile, - la figure 2 est une demi-vue en coupe d'un joint d'étanchéité à lèvre qui est utilisé, d'une façon connue en soi, dans le dispositif de commande hydraulique illustré sur la figure 1, - la figure 3 est une demi-vue en coupe du joint illustré sur la figure 2, une fois monté dans le dispositif de commande hydraulique de la figure 1, - la figure 4 est une demi-vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un joint d'étanchéité selon l'invention pour illustrer sa forme avant son montage, - les figures 5a, 5b et 5c illustre de façon schématique le procédé de montage du joint illustré sur la figure 4 dans le dispositif de commande hydraulique de la figure 1, - la figure 6 est une demi-vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un joint d'étanchéité selon l'invention pour illustrer sa forme avant son montage, et - la figure 7 est une demi-vue en coupe pour illustrer la forme du joint de la figure 6 une fois monté dans le dispositif de commande hydraulique de la figure 1. Le dispositif de commande hydraulique 1 tel que schématiquement illustré sur la figure 1 comprend deux pistons Pl et P2 axialement alignés et montés coulissant à l'intérieur de l'alésage 3 d'un cylindre 5. Les deux pistons Pl et P2 délimitent entre eux une chambre Ch à volume variable à l'intérieur du cylindre 5. Un conduit 7 débouche en permanence dans la chambre Ch. Une soupape à tiroir 9 par exemple interposée dans le conduit 7 permet de mettre en communication la chambre Ch soit avec une source de fluide sous pression SP, soit avec l'échappement E. Chaque piston Pl et P2 se prolonge axialement par une tige T qui fait saillie à l'extérieur du cylindre par une ouverture O ménagée dans chaque paroi de fond du cylindre 5. Chaque tige T peut venir en appui sur une mâchoire Ml ou M2 d'un frein à tambours, les deux mâchoires Ml et M2 étant articulées l'une à l'autre autour d'un axe (non représenté), d'une façon connue en soi. Un ressort de rappel R est par exemple monté autour de chaque tige T à l'intérieur du cylindre 5, et les deux extrémités de chaque ressort R prennent respectivement appui sur le piston P1 ou P2 et sur l'une des parois de fond du cylindre 5. En fonctionnement, la chambre Ch est mise en communication par la soupape 9 avec la source de fluide sous pression SP. Il en résulte une augmentation de la pression ou montée en pression dans la chambre Ch qui va provoquer un déplacement simultané des deux pistons Pi et P2 suivant deux directions opposées Dl et D2, c'est-à- dire que les deux pistons Pl et P2 s'écartent l'un de l'autre pour commander l'actionnement des mâchoires Ml et M2 par l'intermédiaire des tiges T, tout en comprimant les ressorts R. Dans cette application et à titre d'exemple, les deux pistons Pl et P2 se déplacent sur une longueur de l'ordre de quelques millimètres, et ce déplacement est obtenu par suite d'une montée en pression de l'ordre de quelques bars dans la chambre Ch. La montée en pression se poursuit ensuite pour atteindre quelques dizaines de bars. Pour relâcher les mâchoires MI et M2 du frein, la chambre Ch est mise en communication par la soupape 9 avec l'échappement E. Il en résulte une diminution de la pression ou descente en pression dans la chambre Ch qui va provoquer un déplacement simultané des deux pistons Pl et P2 dans deux directions opposées aux deux directions D1 et D2, c'est-à-dire que les deux pistons Pl et P2 vont se rapprocher l'un de l'autre par suite de la détente des ressorts de rappel R. Bien entendu, un tel dispositif de commande hydraulique ne peut fonctionner qu'à la condition de prévoir une étanchéité au niveau de la chambre Ch. Comme cela a déjà été évoqué en préambule, un joint d'étanchéité annulaire 10 ou joint à lèvre tel que celui illustré en demi-coupe axiale sur la figure 2 donne entièrement satisfaction. D'une manière générale, le joint 10 est en un matériau élastiquement déformable, tel du caoutchouc par exemple. Le joint 10 comprend globalement: - une partie massique annulaire 10a qui présente une surface annulaire interne de forme cylindrique SI dite surface de référence qui s'étend parallèlement à l'axe X-X du joint, - une partie massique annulaire lOb qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de l'une des extrémités de la partie massive 10a, et - une lèvre d'étanchéité annulaire L qui s'étend obliquement à partir de la partie massique 0lb et en direction de la partie massique 10a. Selon une particularité de ce joint 10, la lèvre L présente un angle vif ou arête A vers son extrémité libre et tout autour de sa surface périphérique externe; cette arête A pointant radialement vers l'extérieur. Lorsque le joint 10 sort du moule de fabrication, il peut être directement monté dans la gorge G du piston P2, comme cela est illustré sur la figure 3. Plus précisément, la gorge G présente une paroi de fond 12, une paroi latérale 12a et une paroi latérale 12b. Lorsque le joint 10 est monté dans la gorge G du piston P2: - la surface annulaire de référence SI de la partie massive 10a du joint 10 vient au contact de la paroi annulaire de fond 12 de la gorge G qui est généralement inclinée suivant un angle 0, de l'ordre de 5 par exemple, par rapport à l'axe X-X du joint, - la partie massive 0lb du joint 10 vient sensiblement en appui contre le paroi latérale 12a de la gorge G, et - la lèvre L qui est venue par son arête A au contact de la surface interne du cylindre 5 s'est déformée par flexion en direction de la partie massique l0a du joint 10, notamment du fait de l'inclinaison du fond 12 de la gorge G. Après montage, la paroi 12b de la gorge G est adjacente à la chambre Ch du cylindre 5, si bien qu'en fonctionnement le fluide f vient remplir la cavité annulaire c délimitée à l'intérieur de la gorge G par la partie massique 10a et la lèvre L du joint 10. Un tel joint 10 présente notamment les caractéristiques suivantes: - le joint 10 ne tourne pas sur lui-même lors de la montée et de la descente en pression dans la chambre Ch, - la lèvre L reste toujours en contact avec l'alésage 3 du cylindre 5 compte tenu de sa flexion, - la lèvre L assure un effet de raclage lors de la descente en pression, et - la lèvre L présente une surface de contact avec le cylindre 5 qui est suffisamment faible pour limiter au maximum l'effet de l'abrasion lorsque le piston se déplace lors de la montée en pression et de la descente en pression. Ainsi, la lèvre L du joint 10 doit pouvoir subir une flexion tout en présentant une raideur suffisante qui soit compatible avec un bon effet de raclage et sans provoquer un effet d'abrasion de la lèvre. Cependant, ce joint 10 nécessite en général un moule en au moins trois parties pour sa fabrication, notamment du fait de la présence de l'arête A située au niveau de la lèvre L, car il est difficile de définir un plan de joint qui permettrait de fabriquer le joint 10 avec un moule en deux parties seulement. En effet, le plan de joint ne peut pas passer par l'arrête A car cela donnerait une imprécision dans la réalisation de cette 5 arête A, et il ne peut pas être décalé à droite ou à gauche de l'arête A étant donné que cette arête A pointe radialement vers l'extérieur. Si on remplaçait le joint 10 par un simple joint torique, comme cela est illustré sur la figure 1, on pourrait réduire le coût de fabrication en utilisant un moule en deux parties. En effet, le coût de fabrication d'un joint étant notamment lié à la durée d'un cycle de moulage, ce coût sera réduit avec un moule en deux parties seulement par suite d'une diminution de15 la durée d'un cycle de moulage et d'opérations de démoulage plus rapides. Cependant, l'expérience a montré qu'un joint torique ne permet pas d'assurer l'étanchéité dans de bonnes conditions. En effet, lors de la montée et de la descente en pression, le joint tourne sur lui- même, ce qui est générateur de fuites, et l'effet de raclage pendant la descente en pression n'est pas assure. Par contre, le joint d'étanchéité 20 illustré sur la figure 4 selon un premier mode de réalisation peut être fabriqué avec un moule en deux parties tout en présentant des performances globalement semblables à celles du joint à lèvre précité. Après moulage, le joint 20 réalisé en un matériau élastiquement déformable comprend notamment: - une première partie massique annulaire 20a qui présente une surface annulaire interne tronconique Sl dite surface de référence qui forme un angle a avec l'axe X-X du joint, - une seconde surface massique annulaire 20b qui s'étend radialement vers l'extérieur vers l'une des extrémités de la première partie massique 20a, et - une lèvre annulaire L qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe X-X du joint et qui comporte un angle vif ou arête A vers son extrémité libre et tout autour de sa surface périphérique externe. Le plan de joint Y-Y du moule qui est perpendiculaire à l'axe X-X du joint 20 passe par exemple au travers des parties massiques 20a et 20b. Sur la figure Sa, on a représenté le joint 20 issu de fabrication dans la position qu'il occuperait si on le montait tel quel dans la gorge G du piston Pl par exemple. L'examen de cette figure Sa montre que la surface de référence SI du joint fait un angle a avec le fond 12 de la gorge, et que la lèvre L s'étend sensiblement parallèlement à la direction de déplacement du piston P2. Concrètement, il faut déformer le joint 20 en le faisant rouler sur luimême, de manière à ce que la surface tronconique de référence SI puisse se déformer par rotation suivant la direction D3 et d'un angle sensiblement égal à l'angle a pour compenser cet angle et amener cette surface SI en contact avec le fond annulaire 12 de la gorge G du piston P2, comme cela est illustré sur la figure 5b. On constate alors que le joint 20 prend une forme qui correspond sensiblement à celle du joint 10 illustré sur la figure 2, c'est-à-dire que la surface annulaire tronconique SI a pris la forme d'une surface annulaire sensiblement cylindrique autour de l'axe XX du joint, et avec son arête A qui pointe radialement vers l'extérieur. Lorsque le piston Pl équipé de son joint 20 est monté dans l'alésage du cylindre 5, la lèvre L subit une légère flexion, comme dans le cas du joint 10 illustré sur la figure 3. I Selon un second mode de réalisation illustré sur la figure 6, le joint d'étanchéité 20 est également fabriqué à partir d'un moule en deux parties. Après moulage, le joint 20 réalisé en un matériau élastiquement déformable comprend notamment: - une première partie massique annulaire 20a qui présente une surface annulaire interne tronconique Sl qui forme un angle a avec l'axe X-X du joint, - une seconde partie massique annulaire 20b qui s'étend sensiblement suivant l'axe X-X du joint et vers une extrémité de la première partie massique 20a, et - une lèvre annulaire L qui s'étend radialement vers l'extérieur et qui présente un angle vif ou arête A vers son extrémité libre et autour de sa surface périphérique externe. Dans ce cas, le plan de joint Y-Y du moule est perpendiculaire à l'axe XX du joint 20 et partage la lèvre L en deux parties mais sans passer par l'arête A. Comme dans le mode de réalisation illustré précédemment, le joint 20 doit être déformé de manière à ce que la surface de référence S1 de la première partie massique 10a vienne au contact du fond 12 de la gorge G après rotation du joint sur lui-même suivant la direction D4 pour compenser l'angle c. Après cette déformation, l'arête A pointe radialement vers l'extérieur, et la lèvre L fléchit ensuite en direction de la partie massique 10a du joint après montage du piston dans le cylindre 5. D'une manière générale, le fond 12 de la gorge G sur les figures 5b, 5c et 7 pourra être également incliné comme dans le cas de la figure 3. Bien entendu, l'invention peut être utilisée dans d'autres applications que celle qui a été envisagée précédemment dans le cas d'un dispositif de commande hydraulique des mâchoires d'un frein à tambours. REVENDICATIONS 1. Procédé pour assurer l'étanchéité entre deux pièces coaxiales d'un dispositif de commande hydraulique par exemple, l'une des pièces (Pl) étant mobile en translation par rapport à l'autre pièce (5) sous l'action exercée par un fluide sous pression, le procédé consistant à monter au moins un joint d'étanchéité annulaire (20) entre les deux pièces (P1,5) et étant caractérisé en ce qu'il consiste: - à fabriquer le joint (20) dans un moule en deux parties, et - à monter le joint (20) dans une gorge périphérique (G) de l'une des deux pièces (Pl) en le déformant de manière à lui donner la forme d'un joint (20) à lèvre (L) ayant des performances comparables à celles d'un joint à lèvre qui serait monté sans subir une telle déformation mais nécessiterait une fabrication dans un moule en au moins trois parties. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer le joint d'étanchéité (20) dans un moule en deux parties de manière à ce que ledit joint comprenne notamment: - une première partie massique annulaire (22a) qui présente une surface annulaire interne tronconique dite surface de référence (Si) qui forme un angle (a) avec l'axe (X-X) du joint, - une seconde surface massique annulaire (20b) qui s'étend radialement vers l'extérieur vers l'une des extrémités de la première partie massique (20a), et - une lèvre annulaire (L) qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe (X-X) du joint et qui comporte un angle vif ou arête (A) vers son extrémité libre et autour de sa surface périphérique externe. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plan de joint (Y-Y) du moule est perpendiculaire à l'axe (X-X) du joint et passe par les première et seconde parties massiques (20a,20b) dudit joint. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer le joint d'étanchéité (20) dans un moule en deux parties de manière à ce que ledit joint comprenne notamment: - une première partie massique annulaire (20a) qui présente une surface annulaire interne tronconique dite surface annulaire de référence qui forme un angle a avec l'axe (X-X) du joint, - une seconde surface massique annulaire (20b) qui s'étend sensiblement suivant l'axe (X-X) du joint et vers une extrémité de la première partie massique (20a), et - une lèvre annulaire (L) qui s'étend radialement vers l'extérieur et qui présente un angle vif ou arête (A) vers son extrémité libre autour de sa surface périphérique externe. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le plan de joint (Y-Y) du moule est perpendiculaire à l'axe (X-X) du joint et partage la lèvre (L) en deux parties. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à monter le joint (20) dans une gorge périphérique (G) de l'une des deux pièces (Pl) du dispositif de commande hydraulique en le déformant par rotation sur lui-même pour compenser l'angle (c), de manière à ce que la surface de référence tronconique (Sl) de la première partie massique (20a) du joint prenne une forme annulaire sensiblement cylindrique pour venir en contact avec le fond annulaire (12) de la gorge (G), à ce que l'arête ou angle vif (A) de la lèvre (L) vienne sensiblement au contact de la seconde pièce (5), et à ce que la lèvre (L) subisse une légère flexion vers la première partie massique (20a) tout en conservant une raideur suffisante. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à donner une forme inclinée au fond annulaire (12) de la gorge (G) par rapport à l'axe (X-X) du joint, de l'ordre de 5 par exemple, pour obtenir un fléchissement de la lèvre (L). 8. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour assurer l'étanchéité entre deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre dans un dispositif de commande hydraulique des mâchoires de frein à tambours d'un véhicule automobile par exemple.