Brevet FR2865425A1 — publié le 20050729

Dispositif pour obturer une cavité comportant un joint muni d'un insert La présente invention concerne un dispositif pour obturer une cavité comportant un joint muni d'un insert. Ce dispositif est utilisé dans le domaine de l'automobile pour obturer des cavités présentent dans des pièces de moteur. Cette obturation des cavités permet de réaliser des tests d'étanchéité sur ces pièces. Un des buts de l'invention est d'augmenter l'étanchéité d'un tel dispositif. Un autre but de l'invention est de limiter un nombre de pièces mis en oeuvre dans un tel dispositif. L'invention trouve une application avantageuse, mais non exclusive, pour obturer des cavités d'un carter moteur. En effet, dans un test, des cavités de carters sont obturées pour apprécier la qualité de la réalisation de ces carters et la qualité de leur fabrication en série. Pour effectuer ce test, on applique des joints sur des faces ouvertes d'un carter de moteur de manière à créer un volume fermé. Cette fermeture du carter revient à simuler un fonctionnement d'un moteur dont les soupapes sont fermées. Lorsque le carter est étanche et clos, on introduit un gaz sous pression et un examen des fuites est réalisé. Si aucune fuite n'est présente, la fabrication du carter est considérée comme satisfaisante. Lors du test, une phase de stabilisation de la pression du gaz se situe juste après avoir introduit le gaz. Cette phase de stabilisation est la phase de mesure du test. Pendant cette phase de stabilisation, on mesure une variation de pression dans le temps, en pascals par seconde. Dans cette phase de stabilisation, il faut donc veiller à ce que l'espace clos délimité par le carter forme un volume constant et invariable pendant toute la durée où les mesures de variations de pression sont réalisées. Dans l'état de la technique, on sait très bien réaliser l'étanchéité d'une pièce dont une seule face est ouverte en appliquant un obturateur sur l'ouverture de la face ouverte. En revanche, pour réaliser le test d'étanchéité lorsqu'une ouverture est présente sur l'arête de deux faces d'un carter de moteur, formant un angle de quatre-vingt-dix degrés (ou autre), l'utilisation d'un dispositif d'obturation est beaucoup plus problématique et contraignante. Pour obturer une ouverture présente sur l'arête, on connaît par exemple le document n FR-A-2819438, qui décrit un procédé pour boucher un orifice réalisé dans un carter de moteur. Ce procédé comporte l'application d'un premier tampon sur une première des deux faces. Cette application laisse apparaître une ouverture partielle dans le plan de la deuxième face. Un deuxième tampon recouvre alors cette ouverture partiellement et un chant du premier tampon. Une partie de ce premier tampon, d'une longueur déterminée, dépasse en déport l'arête. Selon ce document, le recouvrement du chant du premier tampon par le deuxième tampon est partiel. Après cette mise en place des tampons, des forces de pression sont appliquées sur les premier et second tampons dans le but de les plaquer fortement contre les deux faces. On connaît aussi un système dans lequel un joint plat et un joint plié sont simplement plaqués sur les deux faces, le joint plié étant maintenu par une cale. Ces systèmes mis en oeuvre pour obturer une cavité présentent toutefois des limites et ne réalisent pas une étanchéité aussi bonne que souhaitée. En effet, ces systèmes de l'état de la technique assurent une étanchéité de la pièce en plaquant deux parties de joints l'une sur l'autre à 20 l'endroit de l'arête sur laquelle débouche la cavité. Or le fluage des deux joints au moment de leur écrasement rend difficile la réalisation d'une étanchéité à leur jonction. Le fluage d'un joint, est dû à la nature incompressible du joint et engendre une déformation de ce joint lorsque des forces lui sont appliquées. Cette déformation des joints peut créer des reliefs à la surface des joints. Ainsi, le plaquage de deux joints qui ont subi une déformation peut laisser apparaître des interstices entre ces joints. De manière générale, une jonction entre deux joints est une zone critique qui nuit à l'étanchéité du système. Dans un exemple, les interstices qui atteignent un demi-millimètre remettent totalement en question l'étanchéité d'un dispositif de bouchage et du même coup la précision des mesures effectuées lors de la phase de stabilisation. Par ailleurs, pour les systèmes d'obturation de cavité connus, l'étanchéité à la jonction entre les joints est assurée au dépend du système 35 global et des pièces entourant les joints. En effet, pour les procédés déjà connus, des forces de pression très importantes sont appliquées pour plaquer fortement les joints contre les parois et lutter contre le fluage des joints. En général, ces forces de pression générées par des systèmes hydrauliques produisent des efforts de bouchage de une à trois tonnes. Ces efforts excessifs peuvent dans certains cas déformer le bâti du système de test d'étanchéité et mettre en péril le système de test. L'invention se propose de résoudre ce problème d'efforts trop importants appliqués sur les joints ainsi qu'au problème d'interstices à la jonction entre les joints. A cet effet, le dispositif selon l'invention comporte des moyens qui permettent de rigidifier les endroits où l'étanchéité est réalisée par les deux joints simultanément. A cet effet, le dispositif selon l'invention comporte un premier joint muni d'un insert métallique contre lequel un deuxième joint torique se plaque. Plus précisément, le dispositif selon l'invention comporte une plaque portant le deuxième joint, de manière à ce que ce deuxième joint soit plaqué contre un chant du premier joint comportant l'insert. Ainsi la jonction entre le premier joint et le deuxième joint inscrit dans la plaque est rigidifiée. En variante, l'insert est débouchant et le deuxième joint est plaqué contre l'insert métallique du premier joint. De fait, on élimine la jonction entre les deux joints en la remplaçant par une jonction entre l'insert métallique et le deuxième joint torique. En outre, la plaque porte le deuxième joint de manière à ce que ce deuxième joint soit plaqué contre la pièce à obturer aux endroits où ce deuxième joint n'est pas plaqué contre le chant du premier joint. Le deuxième joint est donc soit en contact avec un joint rigidifié par l'insert métallique, soit en contact avec une partie solide de la pièce pour assurer l'étanchéité du dispositif. Les jonctions entre les joints sont donc rigidifiées et l'étanchéité du dispositif est accrue. Par ailleurs, des rainures usinées dans la plaque à joint permettent de maîtriser le fluage du deuxième joint et de positionner précisément ce joint. L'invention concerne donc un dispositif pour obturer une cavité débouchant sur une arête à l'intersection d'une première face et d'une deuxième face d'une pièce, ces deux faces étant inclinées l'une sur l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier joint plat comportant un insert métallique plan s'étendant à l'intérieur de ce joint, ce premier joint étant situé contre la première face, - un chant de ce premier joint plat, ce chant prolongeant un plan de la deuxième face, et - une plaque à joint plane à l'intérieur de laquelle un deuxième joint torique est inscrit, ce deuxième joint torique comportant une première partie située en regard du chant du premier joint de ce premier joint, et - une deuxième partie du deuxième joint torique étant positionnée 10 contre la deuxième face de la pièce. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures sont données à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Ces figures montrent: - Figures 1 a-1 c: un mode de réalisation du dispositif selon l'invention comportant notamment un joint plat avec un insert et un joint torique; - Figures 2a-2b: une représentation d'un fluage d'un joint torique lorsque des forces de pression lui sont appliquées. - Figure 3: une représentation d'une plaque à joint portant un joint torique; Les éléments communs d'une figure à l'autre conservent la même référence. Les figures 1 a-1 c montrent un dispositif 100 pour obturer une cavité 101 d'une pièce 102. Les figures la et 1c montrent des vues de côté de ce dispositif 100 tandis que la figure lb montre une vue de face de ce dispositif 100. La figure 1 a montre le dispositif 100 lorsqu'aucune force de pression n'est exercée sur celui-ci, alors que la figure 1 c montre le dispositif 100 lorsque des forces de pressions sont exercées sur celui-ci. La pièce 102, par exemple un carter moteur, est fixe et accrochée à un bâtit 115. La cavité 101 de ce carter 102 débouche sur une arête 103 à l'intersection d'une première face 104 et d'une deuxième face 105 de la pièce 102. Ces deux faces 104 et 105 sont inclinées ici d'un angle de quatre-vingt-dix degrés l'une sur l'autre. Toutefois, ces faces 104 et 105 peuvent être inclinées l'une sur l'autre d'un angle quelconque, tel qu'un angle de quarante-cinq degrés. Le dispositif 100 comporte un premier joint 106 plat. Ce premier joint 106 plat comporte un insert 107 métallique plan qui s'étend à l'intérieur de ce joint 106. Ce premier joint 106 est situé contre la première face 104. Le dispositif 100 comporte aussi une plaque 108 à joint plane à l'intérieur de laquelle un deuxième joint 109 torique est inscrit. Cette plaque 108 comporte une rainure 111 trapézoïdale et est située contre la deuxième face 105. Plus précisément, le premier joint 106 plat comporte un chant 110 qui prolonge un plan de la deuxième face 105. Ici, le chant 110 est coplanaire avec le plan de la deuxième face 105. Ainsi, le chant 110 se trouve dans le plan de la deuxième face 105. En variante, le chant 110 est incliné par rapport au plan de la deuxième face 105 ou décalé par rapport à ce plan. Dans un exemple, ce décalage s'étend suivant une longueur mesurée selon une direction perpendiculaire au plan de la deuxième face. La plaque 108 possède alors une forme qui est complémentaire du chant 110 à joint afin que ce chant 110 et le joint torique porté par cette plaque 108 puissent rentrer en coopération et assurer une étanchéité du dispositif 100. Le deuxième joint 109 est plaqué contre le chant 110. Dans une réalisation particulière qui est celle représentée en trait discontinu sur la figure, l'insert 107 métallique débouche sur le chant 110 du premier joint 106 et le deuxième joint 109 s'appuie sur cet insert 107. Dans une autre réalisation représentée en trait plein, l'insert 107 ne débouche pas sur le chant 110 du premier joint 106 et le deuxième joint 109 s'appuie alors contre le chant 110 qui correspond à une partie caoutchoutée rigidifiée. Dans cette autre réalisation, l'insert se situe donc en retrait par rapport au chant 110 d'une distance égale globalement à deux fois une épaisseur de l'insert 107. Dans un exemple de réalisation, le premier joint 106 plat possède globalement une épaisseur EJ de quinze millimètres et l'insert 107 métallique possède une épaisseur El de cinq millimètres. L'insert 107 est compris entre deux couches de caoutchouc d'une épaisseur de cinq millimètres chacune. En général, l'insert 107 s'étend sur une partie de la superficie du joint 106 mais lorsque l'insert 107 est débouchant, l'insert 107 peut s'étendre sur toute la superficie du joint 106. L'insert 107 peut aussi être réalisé dans un matériau rigide autre que du métal, tel que du plastique. Bien entendu, l'autre joint 106 plat est positionné contre la face 35 opposée à la face 104 comme le joint 106 précité, de telle sorte qu'un de ses chants rentre en coopération avec la plaque à joint 108. Le dispositif 100 comporte aussi des dispositifs 113-115 capables d'exercer des forces de pression pour écraser les deux joints 106 et 109. Dans un exemple, ces dispositifs 113-115 sont des vérins hydrauliques, La figure 1 b montre une vue de face du dispositif 100. Le deuxième joint 109 torique comporte une première partie 121 située en regard du chant 110 du premier joint. Le deuxième joint 109 peut ainsi se situer contre le chant 110 du premier joint 106 en retrait duquel se trouve l'insert 107 métallique ou en variante, directement contre l'insert 107 lorsque ce dernier débouche sur le chant 110. Une deuxième partie 122 du deuxième joint 109 torique est positionnée contre la deuxième face 105 du carter 102 réalisé en métal. De fait, le deuxième joint 109 torique est en contact soit avec une partie rigide du carter 102, soit avec un premier joint rigidifié par l'insert 107. Entre la pièce 102 et le joint 109, la jonction métal sur caoutchouc ne présente aucun problème d'étanchéité et la jonction caoutchouc sur caoutchouc entre les deux joints 106 et 109 est rigidifiée par l'insert. L'étanchéité du dispositif 100 est donc augmentée et il n'est pas nécessaire d'exercer des efforts de pression très importantes pour lutter contre un fluage des joints, le fluage du premier joint 106 rigidifié étant très limité. La figure l c montre le dispositif 100 lorsque les dispositifs 113-115 ont écrasé les joints 106 et 109. Cet écrasement est rendu possible par le fait que la pièce 102 est maintenue fixe par l'intermédiaire de sa liaison au bâtit 115. Le deuxième joint 109 torique est écrasé dans la rainure 111 réalisée dans la plaque 108 à joint. Cette rainure 111 permet de limiter précisément l'expansion de ce joint 109 contre ses rebords. En effet, lorsque le joint 109 torique du système est écrasé, il peut déborder dans l'espace délimité par la rainure 111. Par ailleurs, la rainure 111 permet de positionner le deuxième joint 109 torique sur la plaque 108, de manière à ce qu'il se trouve précisément contre le chant 110 du premier joint et contre la pièce 102. La rainure 111 assure ainsi une insertion unique du joint 109 lors d'une phase de production du dispositif 100. La rainure 111 guident le deuxième joint 109 torique et après la fabrication du dispositif 100, il n'est pas utile de revoir le positionnement de ce joint avant de commencer un test d'étanchéité du carter 102. Cette phase d'insertion peut être essentielle pour appliquer et contrôler des forces nécessaires à l'obtention d'une étanchéité optimale du dispositif 100. Dans une réalisation particulière, les dispositifs 113-115 sont des vérins hydrauliques reliés à un micro processeur comportant des mémoires, afin que les efforts exercés sur les joints 106 et 109 soit maîtrisés et calibrés. Dans un exemple, ces vérins appliquent des efforts compris entre une et trois tonnes. Dans une autre réalisation, ces dispositifs 113-115 comportent une pièce mobile dans un espace limité par une butée qui est positionnée en position rigide et précise par rapport à la pièce. Dans cette réalisation, la pièce mobile et la butée permettent d'adapter et d'obtenir des dimensions de pièces corrélées avec l'effort mécanique à appliquer sur les joints. Lorsque le joint 109 est écrasé, un contact métal sur métal se forme entre la plaque 108 et la deuxième face 105 de la pièce. Comme les efforts sont exercés uniquement sur la partie du deuxième joint 109 qui dépasse de la rainure 111, l'écrasement du deuxième joint 109 est limité. L'usure du joint est donc aussi limité et sa durée de vie est grande. En outre, le contact entre la plaque 108 à joint et la deuxième face 105 permet de mesurer l'écrasement du joint 109. Dans un exemple, un effort nécessaire pour rendre étanche le système est mesuré lorsque la plaque 108 et la deuxième face 105 sont en contact l'un avec l'autre. Les figures 2a et 2b montrent une vue de côté de la rainure à l'intérieur de laquelle le deuxième joint 109 torique est inscrit. Sur la figure 2a, aucune contrainte n'est appliquée sur le deuxième joint 109, tandis que sur la figure 2b, des forces de pression sont appliquées sur ce joint 109. La rainure 111 bloque le joint dans une position précise autorisant le fluage du joint 109. En effet, les dimensions L1 et L2 de cette rainure 111 sont établies lors d'une conception du dispositif 100 en prévision de la déformation du deuxième joint 109. Ainsi, une première dimension L1 de la rainure 111 en largeur est supérieure à une dimension du premier joint 109 sans contrainte, telle que son diamètre, et une deuxième dimension L2 en largeur est plus petite que cette dimension du joint. Le fait que la première dimension L1 soit plus petite qu'une dimension du joint 109 permet de caler ce joint 109 et d'éviter que de la poussière pénètre à l'intérieur de la rainure 111. Cette pénétration de poussière pourrait fausser un test d'étanchéité. Le fait que la deuxième dimension soit plus grande qu'une dimension du joint 109 autorise le contour du deuxième joint 109 à se plaquer contre les parois de la rainure 111. Dans la pratique, un jeu entre les parois de la rainure 111 et le contour extérieur du joint 109 sans contrainte atteint une valeur de un à deux millimètres et garantit une adéquation entre le joint 109 et la pièce 102. Le deuxième joint 109 torique est d'ailleurs prévu pour être écrasé sur vingt pourcents de son volume global. Toutefois, il est possible d'écraser le joint 109 sur un plus grand volume. Le deuxième joint 109 torique possède une raideur importante pour limiter sa déformation et son fluage à l'intérieur de la rainure de la plaque à joint. Cette limitation du fluage garantit une plus grande étanchéité du dispositif 100. La figure 3 montre la plaque à joint 108 dans laquelle le deuxième joint 109 est inscrit. Cette figure 3 met en évidence le fait que la rainure 111 trapézoïdale de cette plaque 108 suit le contour du deuxième joint 109 sans contrainte. La plaque 108 à joint comporte une entrée 200 de fraise débouchant. Cette entrée 200 permet à une fraise de réaliser la rainure 111 avec la première dimension L1 en largeur supérieure à la deuxième dimension L2. Par ailleurs, cette entrée 200 de fraise débouche du côté fermé délimité par le deuxième joint 109 pour éviter que lorsque le carter est sous pression, de l'air ne pénètre à l'intérieur de la rainure 111 et déplace le joint 109 à l'intérieur de cette rainure 111. Ce déplacement du joint 109 pourrait engendrer des fuites d'air. Bien entendu, le dispositif 100 selon l'invention peut être utilisé pour n'importe quel autre type de pièce 102 comportant un orifice qui débouche sur une arête. 9 REVENDICATIONS 1 - Dispositif (100) pour obturer une cavité (101) débouchant sur une arête (103) à l'intersection d'une première face (104) et d'une deuxième face (105) d'une pièce (102), ces deux faces étant inclinées l'une sur l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier joint (106) plat comportant un insert (107) métallique plan s'étendant à l'intérieur de ce joint, ce premier joint étant situé contre la première face, - un chant (110) de ce premier joint plat, ce chant prolongeant un plan de la deuxième face, et - une plaque (108) à joint plane à l'intérieur de laquelle un deuxième joint (109) torique est inscrit, - ce deuxième joint torique comportant une première partie (121) située en regard du chant du premier joint de ce premier joint, et - une deuxième partie (122) du deuxième joint torique étant positionnée contre la deuxième face de la pièce. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que - l'insert métallique du premier joint débouche sur le chant de ce joint. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que - l'insert métallique du premier joint est en retrait par rapport au chant de ce joint. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que - la plaque à joint comporte une rainure (111) trapézoïdale suivant le contour du deuxième joint auquel aucune contrainte physique n'est appliqué, une première dimension (L1) de la rainure en largeur étant supérieure à une dimension du premier joint sans contrainte, et une deuxième dimension (L2) étant plus petite. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, - la plaque à joint comporte une entrée (200) de fraise débouchant du côté fermé délimité par le deuxième joint. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que - le deuxième joint torique est prévu pour être écrasé sur vingt pourcents de son volume global. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que - le joint torique possède une raideur importante. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte pour écraser - un dispositif (113-115) capable d'exercer des forces de pressions les deux joints. que 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce - la cavité débouche sur l'arête de deux faces perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le premier joint comporte un insert métallique compris entre deux couches de caoutchouc.