Brevet FR2796119A1 — publié le 20010112

La présente invention concerne un joint de tige de piston, radialement mobile, pour amortisseurs d'oscillations, pour jambes de suspension, ou pour d'autres unités hydrauliques, pneumatiques ou hydropneumatiques, dans lequel une tige de piston est guidée en déplacement axial et avec jeu radial dans un guidage de tige de piston situé dans un récipient, et étanchée vers l'extérieur par le joint de tige de piston, ledit joint de tige de piston fixé dans le sens axial par rapport au guidage de tige de piston et au récipient comprend une partie de renforcement et possède du côté récipient une partie d'étanchement statique et du côté tige de piston une partie d'étanchement dynamique qui coopère avec la tige de piston via un guidage et via au moins une lèvre d'étanchement. Un tel joint de tige de piston est connu du document DE 30 42 536 A1. Dans cette construction, lors d'un déplacement radial de la tige de piston et en raison des forces transversales, la totalité du joint doit être déplacée radialement dans la gorge de réception, de sorte que l'on doit exercer des forces radiales importantes sur le joint. Pour cette raison, on doit prévoir un diamètre étroit pour les lèvres d'étanchement et un ressort hélicoïdal fort, afin de garantir un étanchement parfait au niveau de la tige de piston malgré un déplacement radial de ce joint. Outre la flexion importante, cette contrainte radiale importante des lèvres d'étanchement sur la tige de piston entraîne également un effet de "stick-slip" (collage-glissement) non désiré. On connaît encore du document EP 0 731 302 Bl un racleur pour des unités à piston-et-cylindre alimentées en fluide, logé sous précontrainte dans un logement en forme de gorge annulaire et réalisé uniquement avec des matériaux d'étanchement. Ce logement doit être usiné de manière très précise afin que le racleur puisse être monté avec la précontrainte nécessaire en direction radiale et en direction axiale, étant donné que la partie d'étanchement appliquée contre la tige de piston axialement mobile est sollicitée par la partie de liaison serrée dans le logement avec une force de pressage dirigée radialement vers l'intérieur, en raison de quoi la friction du joint sur la tige de piston est accrue. En outre, on connaît du document EP 0 668 461 B 1 un agencement d'étanchéité qui comprend une partie d'étanchement statique extérieure serrée fermement dans le boîtier, tandis que la partie d'étanchement intérieure reliée à celle-ci par une membrane est précontrainte en direction radiale contre la partie cylindrique et est capable d'exécuter un trajet axial libre de telle manière qu'il ne se produise, en fonctionnement normal, c'est-à-dire lors d'un déplacement axial habituel de la partie cylindrique, aucun mouvement relatif entre la partie d'étanchement intérieure et la partie cylindrique. L'objectif de la présente invention, c'est de réaliser un joint de tige de piston qui fonctionne avec une flexion aussi faible que possible, qui possède une structure simple, et qui rende possible une fabrication et un montage économiques. Conformément à la présente invention, cet objectif est atteint par le fait qu'il est prévu une bague de renforcement associée au moins à la partie d'étanchement statique, que la partie d'étanchement statique est reliée de manière étanche à la pression à la partie d'étanchement dynamique par une partie de déflexion capable de fléchir aisément en direction radiale, et que les parties d'étanchement sont agencées de manière à s'appliquer contre une surface de butée commune à effet axial. Dans des amortisseurs d'oscillations ou des jambes de suspension pour véhicules, il se produit des déplacements de déflexion radiaux de la tige de piston par flexion de celle-ci sous l'effet de forces transversales, ainsi qu'en raison du jeu radial qui existe entre la tige de piston et le guidage de la tige de piston. Pour réduire la flexion, afin de pouvoir maintenir aussi faible que possible la force de pressage entre la partie d'étanchement dynamique et la tige de piston tout en assurant un étanchement parfait, il est souhaitable de prévoir un déplacement radial de la partie d'étanchement dynamique avec la force radiale la plus faible possible. A cet effet, entre la partie d'étanchement statique et la partie d'étanchement dynamique est reliée une partie de déflexion, mobile de la manièrela plus libre possible en direction radiale et garantissant une jonction absolument étanche des parties d'étanchement. Étant donné que des amortisseurs d'oscillations et des jambes de suspension comprennent habituellement une charge hydropneumatique sous pression, on doit s'assurer que la partie d'étanchement dynamique soit maintenue en direction axiale, ce qui se produit d'une manière simple au moyen d'une surface de butée formée par un disque de butée et disposée perpendiculairement à l'axe de la tige de piston, et cette surface de butée formant simultanément la surface de pressage pour la partie d'étanchement statique. Afin d'obtenir une grande liberté pour ce qui concerne le choix des matériaux pour les parties d'étanchement élastiques, on associe une bague de renforcement aussi bien à la partie d'étanchement statique qu'à la partie d'étanchement dynamique. Ces bagues de renforcement confèrent, lorsque le matériau d'étanchement est souple, une stabilité de forme élevée pour ces parties d'étanchement, lesquelles sont agencées de manière concentrique et à écartement radial l'une par rapport à l'autre. La partie de déflexion, reliée de manière étanche à la pression aux bagues de renforcement, forme un espace libre entre les parties d'étanchement, de sorte que la déflexion radiale de la partie d'étanchement dynamique puisse avoir lieu avec des forces radiales faibles. Avantageusement, les bagues de renforcement sont réalisées sous forme de bagues en métal ou en matière plastique, qui sont reliées de manière étanche à la partie de déflexion, réalisée par exemple sous forme d'un pli en élastomère. La liaison des plis en élastomère avec les bagues de renforcement peut avoir lieu au moyen de techniques de liaison connues, comme par collage ou par vulcanisation. Précisément dans le cas d'amortisseurs d'oscillations ou de jambes de suspension, il est nécessaire d'assurer une purge d'air de l'unité d'amortissement à effet hydraulique. Cela est obtenu de manière très économique grâce à la réalisation d'une seule pièce de la partie de déflexion avec un talon élastique qui forme un clapet anti-retour par coopération avec une surface de valve du guidage de tige de piston. Pour la forme et l'agencement de ce clapet anti-retour on peut imaginer les modes de réalisation les plus différents, mais la combinaison en une seule pièce de la partie de déflexion et du corps de valve signifie cependant une simplification essentielle du montage. Afin d'éviter assurément des déflexions axiales du joint dans les deux directions de déplacement de la tige de piston à chaque phase du fonctionnement, cette partie d'étanchement dynamique est montée avec un jeu axial faible dans le guidage de tige de piston. Ce jeu est précisément choisi d'une taille telle que le mouvement radial de la partie d'étanchement, que l'on souhaite avec des forces radiales faibles, reste conservé sans jeu axial notable. L'entraînement radial de la partie d'étanchement dynamique, qui se produit lors d'une déflexion radiale faible de la tige de piston, est obtenu au moyen d'un guidage agencé avec un très faible jeu radial par rapport à la surface de la tige de piston, ce guidage étant doté de renfoncements destinés à recevoir du lubrifiant, en vue d'assurer une bonne lubrification, et ainsi de maintenir la friction aussi faible que possible. Pour ces renfoncements, on pourra prévoir les formes les plus diverses, par exemple des rainures, des poches, un motif en réseau, par exemple périphérique ou interrompu, ainsi que des logements de forme analogue pour de la graisse et/ou de l'huile. Avec de tels logements de lubrifiant on peut utiliser tous matériaux pour réaliser le guidage, c'est-à-dire que le guidage peut être réalisé avec un matériau d'étanchement, ou bien par une bague de renforcement intérieure qui peut être dans ce cas réalisée avec une matière plastique dure et favorisant le glissement, ou encore par une bague de guidage spéciale. Si l'on souhaite que la lèvre anti-poussières et anti-saletés soit réalisée avec un matériau plus dur ou plus souple que les lèvres d'étanchement, il est alors avantageux que la lèvre anti-poussières et anti-saletés soit reliée d'une seule pièce avec le disque d'appui. Un autre mode de réalisation prévoit que la bague de renforcement associée à la partie d'étanchement statique soit formée par le guidage de tige de piston, et que la partie d'étanchement dynamique soit formée par une partie de déflexion formée par des plis radiaux. Une telle réalisation convient en particulier pour une partie d'étanchement dynamique à mobilité radiale qui est fabriquée en polyuréthane, ou bien en élastomères spéciaux plus durs. Dans une telle réalisation, la partie d'étanchement statique associée à la bague de renforcement, la partie de déflexion, et la partie d'étanchement dynamique peuvent être réalisées en matériaux d'étanchement, grâce à quoi on rend possible une fabrication et un montage particulièrement économiques. Pour limiter le mouvement axial de l'élément d'étanchement dynamique, les pointes supérieures des plis radiaux s'appliquent d'une part contre la surface de butée formée par le disque de butée, tandis que d'autre part on prévoit dans la région des lèvres d'étanchement un appui qui coopère avec le guidage de tige de piston. Dans ce qui suit, l'invention sera décrite plus en détail à l'aide des modes de réalisation représentés dans les dessins pour le joint de tige de piston d'un amortisseur d'oscillations ou d'une jambe de suspension. Dans ces dessins la figure 1 montre une demi-coupe d'un joint de tige de piston avec un pli en élastomère et un corps de valve relié à celui-ci pour un clapet anti-retour ; la figure 2 montre une demi-coupe d'un mode de réalisation dans lequel le pli en élastomère forme simultanément le corps de valve pour le clapet anti-retour ; la figure 3 montre une demi-coupe d'une variante de réalisation du corps de valve montré à la figure 1 ; la figure 4 montre une demi-coupe d'un pli en élastomère qui pénètre dans un évidement du disque de butée ; la figure 5 montre une demi-coupe d'un mode de réalisation dans lequel la lèvre anti-saletés et anti-poussières est agencée de façon séparée de la partie d'étanchement dynamique ; la figure 6 montre une demi-coupe d'une partie d'étanchement dynamique dans laquelle la bague de renforcement intérieure forme le guidage sur la tige de piston ; et la figure 7 montre une demi-coupe d'un joint de tige de piston qui comprend une partie d'étanchement dynamique produite avec un élastomère plus dur. Toutes les figures montrent des joints de tige de piston 4 qui comportent une partie d'étanchement dynamique 6 radialement mobile, afin d'obtenir des valeurs de friction aussi faibles que possible entre une tige de piston 1 et un guidage 3 dans lequel celle-ci est guidée. La mobilité radiale aisée de la partie d'étanchement dynamique avec application d'une faible force radiale de la part de la tige de piston 1 est assurée par une partie de déflexion élastique 12 qui relie une partie d'étanchement statique 5 et la partie d'étanchement dynamique 6 d'une manière étanche à la pression et avec une mobilité aisée. Par l'intermédiaire de la partie d'étanchement statique 5 le volume intérieur d'un récipient 3 est étanché en direction du guidage de tige de piston 3, et un bourrelet en élastomère vulcanisé sur la bague de renforcement extérieure 8 de la partie d'étanchement 5 est serré axialement et ainsi pressé contre les surfaces d'étanchement du guidage de tige de piston et contre la paroi intérieure du récipient. Ce serrage axial a par exemple lieu par rabattement, ou par enfoncement partiel, de l'extrémité supérieure du récipient 2, et il transmet la force de serrage axiale par l'intermédiaire d'un disque de butée 7. La figure 1 montre une partie de déflexion 12 aisément mobile dans le sens radial, formée par un pli en élastomère 15, vulcanisée à la fois sur la bague de renforcement extérieure, serrée à l'extérieur, et sur la bague de renforcement intérieure 9 ; le pli en élastomère pénètre dans un évidement 18 du guidage de tige de piston 3. Le pli en élastomère 15 forme un espace libre 13 dont l'extension radiale est supérieure à la déflexion maximale de la tige de piston 1 qui se produit par flexion en raison des forces de guidage sur les roues et en raison du jeu dans le guidage 3. Sur la bague de renforcement intérieure 9 sont également vulcanisés les lèvres d'étanchement 10, le guidage 11, et la lèvre anti- saletés et anti-poussières 17. Entre le guidage 11 et les lèvres d'étanchement 10 ainsi que la lèvre anti-saletés et anti-poussières 17 on remplit du lubrifiant de sorte que le guidage 11 ne peut pas fonctionner à sec. Ce guidage 11 est réalisé avec un faible jeu vis-à-vis de la surface de la tige de piston 1 et, afin d'assurer un bon coulissement sur la tige de piston, il peut présenter des renfoncements sous la forme de rainures, de poches, de motifs en réseau, ou des logements similaires pour du lubrifiant. Le disque de butée 7 forme, au moyen d'une surface de butée, une surface de serrage pour la partie d'étanchement statique 5 et un appui pour la partie d'étanchement dynamique 6, laquelle coopère également avec un faible jeu avec une surface d'appui 16 ménagée sur un guidage de tige de piston 3, grâce à quoi la partie d'étanchement dynamique 6 peut se déplacer avec de faibles forces radiales. Selon l'élasticité du matériau d'étanchement, les lèvres d'étanchement 10 peuvent être sollicitées en direction radiale par un ressort hélicoïdal. Dans des amortisseurs d'oscillations et des jambes de suspension, on prévoit pour la purge d'air de la chambre de travail supérieure un clapet anti-retour dont le corps de clapet élastique est formé par un talon cylindrique 14 élastique réalisé d'une seule pièce avec la partie de déflexion 12, ce talon agissant sur une surface de valve ménagée sur le guidage de tige de piston 3. Les déflexions de la tige de piston 1 sont encaissées par le guidage 11 et provoquent le déplacement radial de la partie d'étanchement dynamique 6, et de sorte que l'espace libre 13 délimité par le pli en élastomère 15 est également capable d'encaisser la plus grande déflexion de la tige de piston 1. Les lèvres d'étanchement 10 s'appliquent uniquement avec une faible force radiale contre la tige de piston 1, étant donné que le diamètre des lèvres peut être choisi plus élevé du fait que les lèvres d'étanchement ne doivent encaisser pratiquement aucune déflexion radiale de la tige de piston 1. Avec un tel joint de tige de piston 4, la force de pressage faible et régulière que les lèvres d'étanchement 10 appliquent sur la tige de piston 1 mène à la réduction désirée de la friction du joint. Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 essentiellement par la réalisation du pli en élastomère 15. En direction axiale, celui-ci est réalisé de manière considérablement plus longue et coopère avec la surface de valve directement sur le guidage 3 de la tige de piston. Dans cette réalisation du clapet anti-retour, en raison du gonflement des parties élastiques dans l'huile chaude, le pli en élastomère peut s'appuyer des deux côtés dans l'évidement 18 du guidage de tige de piston 3, de sorte qu'un gonflement éventuel a plutôt tendance à augmenter la précontrainte du clapet anti-retour. Afin de s'opposer au gonflement du talon cylindrique 14 montré à la figure 1 et relié au pli en élastomère 15, on applique sur ce talon un ressort hélicoïdal, comme représenté à la figure 3. D'après la figure 4, le pli en élastomère 15 qui relie la bague de renforcement extérieure 8 avec la bague de renforcement intérieure 9 est dirigé vers l'extérieur, et le disque de butée 7 forme l'évidement 18. Dans ce mode de réalisation également l'espace libre 13 formé par le pli en élastomère 15 est supérieur quant à son extension radiale à la déflexion radiale maximum possible de la tige de piston 1. Afin d'obtenir un volume plus important pour la réception de lubrifiant pour le joint de tige de piston, la lèvre anti-poussières et anti-saletés 17 est reliée de manière solidaire au disque de butée 7, comme montré dans la figure 5. Au contraire, la bague de renforcement intérieure 9 reliée avec la bague de renforcement extérieure 8 par l'intermédiaire du pli en élastomère 15 est pourvue des lèvres d'étanchement 10 et du guidage 11. Cela est en particulier avantageux lorsque la lèvre anti- poussières et anti-saletés 17 et les lèvres d'étanchement 10 doivent être produites avec des élastomères différents. Un autre mode de réalisation du joint de tige de piston 4 mobile dans le sens radial est représenté dans la figure 6. La partie d'étanchement dynamique 6 possède une bague de renforcement intérieure 9, réalisée par exemple en un matériau dur avec de bonnes propriétés de glissement, comme par exemple du Téflon, et forme directement le guidage 11 dans lequel on peut ménager des renfoncements afin de garantir une bonne lubrification. Dans ce mode de réalisation de la partie d'étanchement dynamique 6 également on peut si nécessaire prévoir que la lèvre anti-saletés et anti-poussières 17 soit formée d'un autre élastomère que les lèvres d'étanchement 10. La figure 7 montre un joint de tige de piston 4 dans lequel la partie d'étanchement statique 5 coopère avec une bague de renforcement extérieure 8 formée par le guidage 3 pour la tige de piston. Un tel mode de réalisation convient en particulier pour des éléments d'étanchement réalisés avec des élastomères plus durs, qui sont réalisés d'une seule pièce et qui comprennent un bourrelet d'étanchement statique, une partie d'étanchement dynamique 6, et une partie de déflexion formée par des plis radiaux 19. Pour le soutien axial vers l'extérieur on utilise la surface d'appui du disque de butée 7 pour les pointes supérieures des plis radiaux 19 ; cependant l'appui axial intérieur est formé par la surface d'appui 16 qui agit sur l'extrémité inférieure de la partie d'étanchement dynamique 6 qui porte la lèvre anti-saletés et anti- poussières 17, le guidage 11, et les lèvres d'étanchement. En raison de la mobilité radiale libre de la partie d'étanchement dynamique 6 on obtient aussi avec ce mode de réalisation un joint de tige de piston qui fonctionne avec une faible friction. Revendications 1. Joint de tige de piston (4), radialement mobile, pour amortisseurs d'oscillations, pour jambes de suspension, ou pour d'autres unités hydrauliques, pneumatiques ou hydropneumatiques, dans lequel une tige de piston (1) est guidée en déplacement axial et avec jeu radial dans un guidage (3) de tige de piston situé dans un récipient, et étanchée vers l'extérieur par le joint de tige de piston (4), ledit joint de tige de piston fixé dans le sens axial par rapport au guidage de tige de piston et au récipient comprend une partie de renforcement (8, 9) et possède du côté récipient une partie d'étanchement statique (5) et du côté tige de piston une partie d'étanchement dynamique (3) qui coopère avec la tige de piston (1) via un guidage (3) et via au moins une lèvre d'étanchement (10), caractérisé en ce qu'il est prévu une bague de renforcement (8) associée au moins à la partie d'étanchement statique (5), en ce que la partie d'étanchement statique (5) est reliée de manière étanche à la pression à la partie d'étanchement dynamique (6) par une partie de déflexion (12) capable de fléchir aisément en direction radiale, et en ce que les parties d'étanchement (5, 6) sont agencées de manière à s'appliquer contre une surface de butée commune (disque de butée (7)) à effet axial. 2. Joint de tige de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une bague de renforcement extérieure (8) associée à la partie d'étanchement statique (5) et une bague de renforcement intérieure (9) associée à la partie d'étanchement dynamique (6), et en ce que ces bagues de renforcement (8, 9) sont agencées de manière concentrique et avec écartement radial l'une par rapport à l'autre, et sont reliées à une partie de déflexion (12) de manière étanche à la pression en formant un intervalle radial libre (13). 3. Joint de tige de piston selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bagues de renforcement (8, 9) sont réalisées sous forme de bagues en métal ou en matière plastique, et en ce que la partie de déflexion (12) est formée par un pli en élastomère (15), vulcanisé ou collé sur les bagues en métal ou en matière plastique, qui pénètre dans un évidement (18). 4. Joint de tige de piston selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie de déflexion (12) comprend un talon cylindrique (14) qui s'applique contre une surface de valve formée par le guidage de tige de piston (3) et forme un clapet anti-retour faisant office de valve de purge d'air. 5. Joint de tige de piston selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pli en élastomère (15) forme un clapet anti- retour en coopération avec une surface de valve du guidage de tige de piston (3). 6. Joint de tige de piston selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie d'étanchement dynamique (6) est agencée avec jeu axial faible vis-à-vis d'une surface d'appui (16) du guidage de tige de piston (3), tandis que la partie d'étanchement statique (5) est serrée fermement axialement entre le disque de butée (7) et une surface de fixation du guidage de tige de piston (3). 7. Joint de tige de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guidage (11) de la partie d'étanchement dynamique (6) qui coopère avec la tige de piston (1) comporte des rainures, des poches, ou des renfoncements analogues afin de recevoir du lubrifiant. 8. Joint de tige de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guidage (11) de la partie d'étanchement dynamique (6) est formé par la bague de renforcement intérieure (9). 9. Joint de tige de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque de butée (7) est relié à une lèvre anti- saletés et anti-poussières (17) qui coopère avec la tige de piston (1). 10. Joint de tige de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de renforcement (8) associée à la partie d'étanchement statique (5) est formée par le guidage de tige de piston (3), et en ce que la partie d'étanchement dynamique (6) est reliée à la partie d'étanchement statique (5) par une partie de déflexion qui comporte un pli radial (19). 11. Joint de tige de piston selon la revendication 10, caractérisé en ce que les plis radiaux (19) sont agencés en direction axiale vers le haut, avec les pointes supérieures en appui contre la surface de butée formée par le disque de butée (7). 12. Joint de tige de piston selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que, pour le soutien axial de la partie d'étanchement dynamique (6) dans la région des lèvres d'étanchement (10) il est prévu une surface agencée perpendiculairement à l'axe, qui coopère avec une surface d'appui (16) du guidage de tige de piston.