Brevet FR2853038A1 — publié le 20041001

La présente invention concerne le domaine technique des garnitures d'étanchéité destinées à être adaptées entre deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre. Dans une application préférée, l'invention concerne les garnitures ou coupelles 5 d'étanchéité destinées à être interposées entre deux pièces coaxiales, telles que, par exemple, un cylindre et un piston d'un système hydraulique de commande de freins. Dans le cadre d'une telle application, il est connu de mettre en oeuvre, dans un système de commande de frein, par exemple, une coupelle d'étanchéité qui assure une double fonction, à savoir, d'une part, une fonction d'étanchéité permettant 10 d'isoler les deux chambres situées de part et d'autre de la coupelle et, d'autre part, d'une fonction de clapet anti-retour permettant une légère fuite, dite de réalimentation, d'une chambre vers l'autre mais empêchant, au contraire, toute circulation dans le sens inverse lorsque le système doit exercer une pression de freinage. A cet effet, la coupelle d'étanchéité annulaire présente une section axiale en " U " qui comprend une branche statique, définissant une lèvre annulaire d'étanchéité statique, une branche dynamique, définissant une lèvre annulaire d'étanchéité dynamique, et une âme reliant les branches statique et dynamique et définissant, à l'opposé de la lèvre, un talon. Les coupelles d'étanchéité annulaires, dites de ré-alimentation, selon l'art antérieur présentent, généralement, une épaisseur uniforme et, si elles assurent leur double fonction d'isolation dans un sens et de clapet anti-retour dans un autre sens de fonctionnement, elles possèdent, toutefois, les inconvénients de ne pas présenter, d'une part, une grande sensibilité à la ré-alimentation, de sorte qu'il est nécessaire 25 que la différence de pression entre les deux chambres soit relativement importante pour soulever la lèvre dynamique et assurer cette réalimentation et, d'autre part, de ne pas présenter une résistance optimale à l'usure et, notamment, au phénomène d'extrusion susceptible d'apparaître au cours de l'utilisation et, plus particulièrement, en fin de vie du système de freinage, de sorte que les coupelles selon l'art antérieur 30 sont susceptibles de libérer des particules pouvant altérer le fonctionnement du système. Ainsi, il apparaît le besoin d'un nouveau type de coupelle de réalimentation qui présente, à la fois, une plus grande sensibilité au remplissage, c'est-à-dire ne nécessitant pas une différence de pression importante entre les chambres amont et aval de la coupelle, tout en offrant une résistance au phénomène d'extrusion supérieure à celle des coupelles d'étanchéité selon l'art antérieur. L'invention vise, également, à offrir une coupelle de ré-alimentation possédant ces qualités de sensibilité et de résistance, tout en présentant un encombrement réduit. Afin d'atteindre ces objectifs, l'invention concerne une coupelle d'étanchéité annulaire d'axe A, dite de ré-alimentation, qui est destinée à être disposée entre un cylindre et un piston hydraulique et qui présente une section axiale en "U " comprenant: * une branche statique définissant une lèvre annulaire d'étanchéité statique, * une branche dynamique définissant une lèvre annulaire d'étanchéité dynamique, * et une âme reliant les branches statique et dynamique et définissant, à l'opposé des lèvres, un talon annulaire. Selon l'invention, cette coupelle, dite de ré-alimentation, est caractérisée en ce 15 que la surface de raccordement, entre la branche statique et l'âme, située à l'opposé du talon, présente une forme concave correspondant à une réduction locale des épaisseurs de la branche statique et de l'âme au niveau de la région de raccordement, entre la lèvre statique et l'âme, de manière à définir une zone de flexion. Afin d'obtenir une flexibilité optimale, l'épaisseur minimale de la branche 20 statique, dans la zone de flexion, vaut, de préférence mais non exclusivement, entre % et 85 % de l'épaisseur maximale de la branche statique et, de manière plus particulièrement préférée, entre 65 % et 80 %. Selon une autre caractéristique de l'invention, afin d'assurer une bonne stabilité de la lèvre d'étanchéité statique lors des mouvements de la lèvre 25 d'étanchéité dynamique, les faces interne et externe de la lèvre d'étanchéité statique sont, de préférence mais non nécessairement, sensiblement parallèles en dehors de la zone de flexion. Selon une autre caractéristique de l'invention, afin d'obtenir une bonne mise en contrainte de la lèvre statique lors du montage de la coupelle dans son logement, 30 entre le piston et le cylindre, les faces interne et externe de la lèvre statique sont, de manière préférée mais non exclusive, forment, avec l'axe A, un angle compris entre 0 et 100. Selon une autre caractéristique, préférée mais non strictement nécessaire, de l'invention, afin d'offrir une souplesse à la lèvre d'étanchéité dynamique, permettant une réalimentation avec un différentiel de pression réduit entre les chambres amont et aval, situées de part et d'autre de la coupelle d'étanchéité, les surfaces interne et 5 externe de la lèvre d'étanchéité dynamique convergent l'une vers l'autre en direction du talon de la coupelle. Afin de contribuer à cette recherche de souplesse, selon une autre caractéristique de l'invention, les faces interne et externe de la lèvre d'étanchéité dynamique sont tronconiques et forment, avec l'axe A, un angle compris entre 150 10 et 30 . Selon une caractéristique préférée, mais non strictement nécessaire de l'invention, afin d'offrir à la coupelle une bonne résistance au phénomène d'extrusion résultant du frottement intervenant au niveau de la lèvre d'étanchéité dynamique, la surface de raccordement, entre l'âme et la branche dynamique, située 15 à l'opposé du talon, est, en partie au moins, convexe et correspond à une augmentation locale des épaisseurs de l'âme et de la branche dynamique définissant une zone de rigidité. Selon une autre caractéristique de l'invention, afin d'optimiser la résistance de la zone de rigidité, la surface de raccordement, située à l'opposé du talon entre la 20 zone de flexion et la zone de rigidité, présente, de façon préférée mais non exclusive, au moins un point d'inflexion. Afin d'optimiser le comportement différentiel entre la zone de flexion et la zone de rigidité, selon une autre caractéristique de l'invention, la surface de raccordement, située à l'opposé du talon, entre la zone de flexion et la zone de 25 rigidité, présente au moins un point d'inflexion. La résistance de la zone de rigidité se trouve alors optimisée lorsque l'épaisseur minimum de l'âme, dans la zone de flexion, vaut, de préférence mais non nécessairement, entre 45 % et 80 % de l'épaisseur maximale de l'âme dans la zone de rigidité et, de façon plus particulièrement préférée, entre 68 % et 75 %. 30 L'épaisseur maximale est, selon l'invention, choisie en fonction de la sensibilité de ré- alimentation recherchée. Selon une caractéristique, préférée mais non strictement nécessaire de l'invention, afin d'offrir une résistance optimale à l'extrusion, la surface du talon, d'une part, est sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe A de la coupelle et, d'autre part, forme un angle sensiblement droit avec la surface latérale de l'âme délimitant la zone de rigidité et raccordant le talon à la lèvre d'étanchéité dynamique. Selon une forme préférée de réalisation, la coupelle d'étanchéité est destinée à 5 être adaptée dans une gorge annulaire, aménagée dans le cylindre, de sorte que la lèvre d'étanchéité statique est située sur l'extérieur de la coupelle, tandis que la lèvre d'étanchéité dynamique est située sur l'intérieur de la coupelle. Toutefois, au sens de l'invention, la coupelle pourrait être adaptée sur une gorge du piston, la lèvre d'étanchéité statique serait alors située sur l'intérieur de la 10 coupelle, tandis que la lèvre d'étanchéité dynamique serait située sur l'extérieur de la coupelle. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description cidessous effectuée en référence aux dessins annexés qui illustrent une forme non limitative de réalisation d'une coupelle d'étanchéité selon l'invention. La fig. 1 est une perspective, partiellement arrachée, montrant une coupelle d'étanchéité selon l'invention en vue de dessus. La fig. 2 est une perspective, analogue à la fig. 1, de la coupelle en vue de dessous. La fig. 3 est une demi-coupe axiale de la coupelle, telle qu'illustrée aux fig. 1 20 et2. Les fig. 4 et 5 sont des sections axiales d'une coupelle conforme à l'invention, en situation de travail. Une coupelle d'étanchéité annulaire, dite de ré-alimentation selon l'invention, telle qu'illustrée aux fig. 1 à 3 et désignée dans son ensemble par la référence 1, est 25 destinée à être interposée entre deux pièces 3 et 4 coaxiales, telles qu'illustrées schématiquement aux fig. 4 et 5 qui sont mobiles en translation axiale. Les pièces 3 et 4 peuvent, par exemple, être constituées par un cylindre 3 et un piston 4 d'un système de commande de frein, par exemple. La coupelle d'étanchéité 1 est alors destinée à assurer une fonction de 30 réalimentation ou de clapet anti-retour, entre les deux chambres annulaires 5, 6 délimitées par le piston 4 et le cylindre 3 et séparées par la coupelle 1. Ainsi, la coupelle 1 doit être à même d'isoler, de façon étanche, les chambres 5 et 6 lorsque la pression P6, au sein de la chambre aval, est supérieure à celle P5, au sein de la chambre amont 5. En revanche, la coupelle 1 doit autoriser une circulation de fluide depuis la chambre amont 5 vers la chambre aval 6 lorsque la pression P5 est supérieure à la pression P6La difficulté, dans la conception de la coupelle 1, réside dans la détermination 5 d'une forme offrant une souplesse suffisante à la coupelle pour permettre une réalimentation en fluide de la chambre amont 5 vers la chambre aval, lorsque la différence, entre les pressions P5 et P6 est faible, tout en offrant une résistance et une capacité d'isolement des chambres amont 5 et aval 6 suffisante pour maintenir des différences de pression importantes lorsque la pression P6 est très supérieure à la 10 pression P5. De plus, la forme de la coupelle 1 doit permettre une résistance de la coupelle 1 aux phénomènes d'extrusion, susceptibles d'apparaître en raison des déplacements relatifs du cylindre 3 et du piston 4. Afin d'assurer ces fonctions, la coupelle d'étanchéité 1 présente une forme générale annulaire, d'axe A. Par ailleurs, la coupelle présente, en section axiale selon 15 un plan P contenant l'axe A, une forme en " U " plus particulièrement illustrée à la fig. 3. Ainsi, la section axiale de la coupelle 1 comprend une branche statique 10 définissant une lèvre annulaire 11 d'étanchéité statique, ainsi qu'une branche dynamique 12 définissant une lèvre, également annulaire, d'étanchéité dynamique 13. Les branches statique 10 et dynamique 11 sont alors reliées par une âme 14 qui 20 définit, à l'opposé des lèvres 11 et 13, un talon annulaire 15. Selon l'exemple illustré, la lèvre d'étanchéité dynamique 13 est située à l'intérieur de la coupelle 1, tandis que la lèvre d'étanchéité statique 11 est située à l'extérieure de cette même coupelle 1. A l'état de repos sans contrainte extérieure, tel qu'illustré à la fig. 3, le talon 15 est sensiblement plan et se trouve contenu dans un 25 plan Pl, sensiblement perpendiculaire à l'axe A. La coupelle 1 peut être réalisée en tout matériau approprié lui conférant une élasticité suffisante, telle que, par exemple, un élastomère naturel ou synthétique, résistant aux conditions de températures et chimiques de mise en oeuvre. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, afin de conférer une 30 souplesse suffisante à la coupelle pour lui offrir une grande sensibilité à la réalimentation, c'est-à-dire permettre une circulation de fluide depuis la chambre amont 15 vers la chambre aval 6 avec une très faible différence entre les pressions P5 et P6, la région de raccordement 20, entre la branche statique 10 et l'âme 14, située à l'opposé du talon, présente une forme concave correspondant à une réduction locale des épaisseurs de la branche statique 10 et de l'âme 14 au niveau de cette région de raccordement, de manière à définir une zone de rotation ou pivotement 21. De manière préférée, les faces interne 22 et externe 23 de la lèvre d'étanchéité statique 11 ou de la branche statique 10 sont alors sensiblement parallèles en dehors de la zone de rotation 21. Ainsi, la surface de raccordement 24, entre la branche statique 10 et la zone de rotation 21 située à l'opposé du talon 15, présente au moins un point d'inflexion 25. Afin d'obtenir des caractéristiques de flexion optimales, tout 10 en garantissant une grande stabilité de la branche statique, l'épaisseur minimale ele de la branche statique 10 dans la zone de flexion, vaut entre 60 % et 85 % de l'épaisseur maximale Elo de la branche statique 10. De façon plus particulièrement préférée, l'épaisseur minimale e10 est choisie pour valoir entre 65 % et 80 % de l'épaisseur E0o. Afin d'assurer une bonne géométrie de la branche statique lors de la mise en contrainte de la coupelle 1, les faces interne 22 et externe 23 de la lèvre d'étanchéité statique forment, avec l'axe A, un angle a compris entre 0 et 10 . Par ailleurs, selon l'invention, afin d'assurer une bonne résistance de la coupelle 1 aux phénomènes d'extrusion, résultant du mouvement relatif du cylindre 3 20 et du piston 4, la région de raccordement 28, entre l'âme 14 et la branche dynamique 12 située à l'opposé du talon 15, est, en partie au moins, convexe et correspond à une augmentation locale des épaisseurs de l'âme 14 et de la branche dynamique définissant ainsi une zone de rigidité 29. De manière préférée, la surface de raccordement 30, entre la branche 25 dynamique 12 et la zone de rigidité 29, située à l'opposé du talon 15, présente au moins un point d'inflexion 31. De même, la surface de raccordement, située à l'opposé du talon 15 entre la zone de flexion 21 et la zone de rigidité 29, présente également au moins un point d'inflexion 32. Ainsi, la surface interne, reliant la branche statique 10 à la branche dynamique 12, est sensiblement continue et 30 régulière. Afin de garantir un bon rapport de rigidité, l'épaisseur minimale e14 de l'âme dans la zone de flexion 21 vaut entre 45 % et 80 % de l'épaisseur maximale E14 de l'âme dans la zone de rigidité 29. De manière encore plus préférée, l'épaisseur e14 est choisie de façon à valoir entre 68 % et 75 % de l'épaisseur E14. Selon une autre caractéristique de l'invention, afin de conférer une souplesse suffisante à la lèvre dynamique 12, les faces interne 35 et externe 36 de cette dernière 5 sont, de préférence, tronconiques et convergent l'une vers l'autre. De plus, les faces interne et externe sont conformées pour former, respectivement, un angle 5 et 5' avec l'axe A, les angles f5 et f3' étant, de préférence, compris entre 15 et 300. Par ailleurs, selon une forme préférée mais non strictement nécessaire de réalisation de l'invention, la surface du talon 15 forme un angle sensiblement droit 10 avec la surface latérale 37 de l'âme, délimitant la zone de rigidité 29 et raccordant le talon 15 à la branche 12 ou la lèvre 13 d'étanchéité dynamique. La conformation de la coupelle 1 ainsi réalisée permet d'obtenir un comportement de cette coupelle supérieur à celui des coupelles selon l'art antérieur. En effet, la coupelle 1 selon l'invention permet d'obtenir une parfaite 15 efficacité d'arrêt de la coupelle 1 et d'isolation des chambres 1 et 6 lorsque la pression P6 est supérieure à la pression P5, avec une différence pouvant atteindre 260 bar dans des conditions extrêmes d'utilisation et valant, en conditions normales de fonctionnement, entre 20 bar et 60 bar. Par ailleurs, compte tenu de sa configuration et de sa conformation, la coupelle 20 1 selon l'invention offre également une grande sensibilité à la réalimentation lorsque la pression P5 est légèrement supérieure à la pression P6 autorisant une circulation de fluide entre la chambre amont 5 et la chambre aval 6. Dans cette configuration, la flexibilité de la zone 21, formant une sorte de zone charnière, permet un déplacement de l'ensemble formé par la zone de rigidité 29 et la lèvre d'étanchéité dynamique 13, 25 dans le sens de la flèche F1, lorsque la pression P5 est supérieure à la pression P6 d'une valeur inférieure à 400 mbar. Afin de favoriser cette fonction de réalimentation, il est, de préférence, aménagé, au niveau de l'angle formé par le talon 15 et la surface latérale 37, au moins une et, de préférence, une série d'encoches 40 de ré-alimentation qui permettent d'assurer le passage du fluide, même lorsque le 30 talon vient en butée contre le piston 4. Ainsi, la configuration de la coupelle selon l'invention permet d'offrir une parfaite résistance aux fortes pressions, tout en assurant une grande sensibilité de réalimentation et cela dans un encombrement réduit. En effet, la structure proposée par l'invention permet de réaliser une garniture ayant des qualités mécaniques recherchées, avec une section droite transversale s'inscrivant dans un rectangle de 4,5 mm par 3 mm. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Coupelle d'étanchéité annulaire d'axe A, dite de ré-alimentation, qui est destinée à être disposée entre un cylindre (3) et un piston (4) hydrauliques et qui présente une section axiale en " U " comprenant: i une branche statique (10) définissant une lèvre annulaire (11) d'étanchéité statique, * une branche dynamique (12) définissant une lèvre annulaire (13) d'étanchéité dynamique, * et une âme (14) reliant les branches statique (10) et dynamique (12) et 10 définissant, à l'opposé des lèvres, un talon annulaire (15), caractérisée en ce que la surface de raccordement (24), entre la branche statique (10) et l'âme (14), située à l'opposé du talon (15), présente une forme concave correspondant à une réduction locale des épaisseurs de la branche statique (10) et de l'âme (14) au niveau de la région de raccordement entre la lèvre statique 15 (11) et l'âme (14), de manière à définir une zone de rotation (21). 2 - Coupelle d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de raccordement (24), entre la branche statique (10) et la zone de rotation (21), située à l'opposé du talon (15), présente au moins un point d'inflexion (25). 3 - Coupelle d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que 20 l'épaisseur minimale (el0) de la branche statique (10), dans la zone de rotation (21), vaut entre 60 % et 85 % de l'épaisseur maximale (Elo) de la branche statique (10) et, de préférence, entre 65 % et 80 %. 4 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les faces interne (22) et externe (23) de la lèvre d'étanchéité statique (11) sont 25 sensiblement parallèles en dehors de la zone de flexion (21). - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les faces interne (22) et externe (23) de la lèvre statique (11) forment, avec l'axe A, un angle (oc) compris entre 0' et 100. 6 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce 30 que les surfaces interne (35) et externe (36) de la lèvre d'étanchéité dynamique (12) convergent l'une vers l'autre en direction du talon (15) de la coupelle. 7 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les faces interne (35) et externe (36) de la lèvre d'étanchéité dynamique (12) sont tronconiques et forment, avec l'axe A, un angle ( "B') compris entre 150 et 300. 8 - Garniture d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce 5 que l'âme (14) présente, au niveau de la surface de raccordement, entre le talon et sa face latérale située dans le prolongement de la lèvre d'étanchéité dynamique, au moins une encoche de ré-alimentation (40). 9 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la surface de raccordement (30), entre l'âme (14) et la branche dynamique (12), 10 située à l'opposé du talon (15), est, en partie au moins, convexe et correspond à une augmentation locale, des épaisseurs de l'âme (14) et de la branche dynamique (12), définissant une zone de rigidité (29). - Coupelle d'étanchéité selon la revendication 9, caractérisée en ce que la surface de raccordement (30), entre la branche dynamique (12) et la zone de rigidité 15 (29), située à l'opposé du talon (15), présente au moins un point d'inflexion (31). 11 - Coupelle d'étanchéité selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la surface de raccordement située à l'opposé du talon, entre la zone de flexion (21) et la zone de rigidité (29), présente au moins un point d'inflexion (32). 12 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en 20 ce que l'épaisseur minimale (e14) de l'âme (14) dans la zone de flexion (21) vaut entre 45 % et 80 % de l'épaisseur maximale (E14) de l'âme (14) dans la zone de rigidité (29) et, de préférence, entre 68 % et 75 %. 13 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que la surface du talon (15), d'une part, est sensiblement plane et perpendiculaire 25 à l'axe A de la coupelle et, d'autre part, forme un angle sensiblement droit avec la surface latérale (37) de l'âme (14) délimitant la zone de rigidité (29) et raccordant le talon (15) à la lèvre d'étanchéité dynamique (13). 14 - Coupelle d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la lèvre d'étanchéité statique (11) est située sur l'extérieur de la coupelle, 30 tandis que la lèvre d'étanchéité dynamique (13) est située sur l'intérieur de la coupelle.