Brevet FR2939860A1 — publié le 20100618

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à une bague d'étanchement comprenant une garniture statique d'étanchement en un matériau doué de l'élasticité du caoutchouc, munie d'une première surface statique d'étanchement occupant une position radiale intérieure ou extérieure. L'invention concerne, en outre, un dispositif d'étanchement équipé de ladite bague. Par ailleurs, l'invention a trait à l'utilisation de ladite bague et dudit dispositif. Des bagues d'étanchement de ce genre sont universellement connues et sont réalisées, par exemple, sous la forme d'une bague torique. Les bagues d'étanchement sont réalisées matériellement d'une seule pièce, consistent en un matériau élastomère et assurent l'étanchéité réciproque de deux éléments structurels. S'il advient, lorsque la bague d'étanchement antérieurement connue est utilisée conformément à sa destination, que les deux éléments structurels dont l'étanchéité doit être assurée se décalent l'un de l'autre, par exemple suite à des dilatations thermiques différentes, ladite bague est pour le moins détériorée, pour ne pas dire intégralement détruite par usure par abrasion. L'invention a pour objet une bague d'étanchement du type cité en introduction, perfectionnée de telle sorte qu'elle se prête également à des cas d'application dans lesquels les éléments structurels, dont l'étanchéité doit être instaurée l'un vis-à-vis de l'autre, se décalent l'un par rapport à l'autre, sans que ladite bague soit pour autant détériorée/détruite. Dans ces conditions de service également, ladite bague doit présenter en permanence de bonnes propriétés d'utilisation pendant une durée d'emploi prolongée. Conformément à l'invention, pour atteindre l'objet précité, il est proposé une bague d'étanchement comprenant une garniture statique d'étanchement en un matériau doué de l'élasticité du caoutchouc, munie d'une première surface statique d'étanchement occupant une position radiale intérieure ou extérieure, ladite bague étant caractérisée par le fait qu'une rainure d'intégration, destinée à une autre bague d'étanchement, longe l'intégralité de la périphérie radialement extérieure ou radialement intérieure de ladite garniture, sachant que ladite autre bague d'étanchement -2- est logée dans ladite rainure et fait radialement saillie vers l'extérieur ou vers l'intérieur au-delà de ladite garniture, du côté tourné radialement à l'opposé de la première surface statique d'étanchement, par une seconde surface d'étanchement pouvant être appliquée, de manière étanche, contre une surface dont l'étanchéité doit être assurée, ladite autre bague étant réalisée sous la forme d'une bague de glissement. Il est alors avantageux que l'autre bague d'étanchement, conçue comme une bague de glissement, soit en contact étanche avec la surface de l'élément structurel qui lui fait face et dont l'étanchéité doit être assurée ; et qu'elle présente une longue durée d'utilisation, également lorsque la seconde surface d'étanchement est en applique avec mobilité relative contre la surface, dont l'étanchéité doit être assurée, de l'élément structurel dont l'étanchéité doit être instaurée. Un tel mouvement relatif peut avoir lieu lorsque les éléments structurels, dont l'étanchéité mutuelle doit être établie, présentent une dilatation différente lorsqu'ils sont sollicités par la chaleur. Egalement lors d'un mouvement relatif des deux éléments structurels, et donc de l'autre bague d'étanchement vis-à-vis de l'élément structurel contre lequel elle est en applique, le frottement, agissant entre la seconde surface d'étanchement et l'élément structurel correspondant devant être rendu étanche, est très modeste en dépit du bon effet d'étanchement ; une usure par frottement en service, susceptible d'impliquer une réduction de la durée d'utilisation de la bague d'étanchement, est cantonnée à un minimum dans la bague conforme à l'invention. La garniture statique d'étanchement peut consister en un matériau élastomère. Les matériaux élastomères les plus divers sont disponibles, à peu de frais, pour de nombreux cas d'application. Concernant la durée d'utilisation de la bague d'étanchement, l'emploi de matériaux élastomères ne soulève pas de problème, pour la garniture statique, étant donné que cette dernière n'est exposée à aucune sorte de mouvement relatif affecté d'un frottement ; la première surface statique d'étanchement est associée, de manière relativement stationnaire, à la surface correspondante de l'élément structurel dont l'étanchéité doit être établie. Si tant est qu'il survienne, un mouvement relatif s'opère uniquement entre la bague de glissement et l'élément structurel dont l'étanchéité doit être assurée par ladite bague. La bague de glissement peut consister en du polytétrafluoréthylène (PTFE). Le PTFE possède un faible coefficient de -3- frottement et peut, en fonction du cas d'application considéré, être renforcé par des substances de charge adéquates. Lorsqu'il est fait usage de PTFE, un avantage consiste en ce que la surface de la bague de glissement en PTFE "se vitrifie" après une faible usure initiale négligeable et devient, de la sorte, extraordinairement résistante. La bague d'étanchement présente ainsi, en permanence, de bonnes propriétés d'utilisation pendant une longue durée de service. En substitution du PTFE, la bague de glissement peut également consister en un autre matériau, et être alors munie d'un revêtement diminuant le frottement. La bague de glissement peut reposer sur le fond de la rainure d'intégration, au moyen d'un élément de précontrainte, avec souplesse élastique dans la direction radiale. Cela a pour effet d'assurer que la seconde surface d'étanchement de ladite bague de glissement soit en permanence plaquée, avec une pression radiale de contact suffisante, contre la surface correspondante de l'élément structurel dont l'étanchéité doit être instaurée. L'élément de précontrainte peut se présenter comme un bombement à courbure radiale préalable en direction de la bague de glissement. En règle générale, ledit élément de précontrainte peut être produit séparément et peut, grâce à une force élastique radiale définie avec précision, être particulièrement bien adapté aux particularités du cas d'application considéré. Ainsi, cela offre par exemple la possibilité de prévoir un élément de précontrainte se prêtant bien au cas d'application considéré, indépendamment du matériau dont la garniture statique d'étanchement est constituée, et indépendamment du matériau dans lequel la bague de glissement est fabriquée. D'après une caractéristique de réalisation avantageuse de l'invention, le bombement et la garniture statique d'étanchement peuvent faire matériellement corps d'un seul tenant. Ledit bombement consisterait, tout comme ladite garniture, en un matériau doué de l'élasticité du caoutchouc. L'avantage réside alors dans le fait que la bague d'étanchement peut être produite de manière simple et économique ; le montage est, lui aussi, particulièrement simple. Le risque d'erreurs de montage est réduit à un minimum grâce à l'organisation structurelle de ladite bague comptant un faible nombre de pièces. La garniture statique d'étanchement peut être renforcée par une armature. Ladite armature a pour objets d'accroître la stabilité de forme de -4- ladite garniture et de procurer ainsi, à la bague d'étanchement, une assise sûre dans son espace d'intégration. L'armature peut se présenter comme une bague d'appui en un matériau métallique. De telles bagues d'appui peuvent être fabriquées de manière simple et économique, et n'accusent aucun relâchement pendant toute la durée d'utilisation de la bague d'étanchement. En variante, la bague d'appui peut consister en un matériau polymère. L'avantage consiste alors en ce qu'une telle bague d'appui ne présente qu'un poids modeste en étant, par ailleurs, résistante à la corrosion. Une bague d'appui de ce type peut être notamment avantageuse lorsque la bague d'étanchement est sollicitée par des fluides agressifs. La bague d'appui peut être frontalement pourvue, d'un côté, d'une butée s'étendant dans la direction radiale. Le montage de la bague d'étanchement s'en trouve ainsi simplifié. Pour procéder au montage, ladite bague d'étanchement est enfilée sur l'extrémité frontale libre de l'un des éléments structurels, précisément jusqu'à ce que la butée soit en applique contre la face extrême. Le positionnement de la bague d'étanchement, vis-à-vis de l'élément structurel sur lequel elle est montée, est de ce fait toujours très précis L'invention concerne, en outre, un dispositif d'étanchement comprenant un premier élément structurel radialement intérieur et un second élément structurel en forme de douille, radialement extérieur, dont l'un entoure l'autre à distance radiale ù en observant dans la direction axiale ù, ledit dispositif étant caractérisé par le fait qu'une bague d'étanchement du type décrit ci-avant est située dans l'espace interstitiel résultant de l'espacement, les deux éléments structurels présentant, dans la direction axiale, des dilatations thermiques mutuellement différentes. Les dilatations thermiques différentes peuvent résulter d'une sollicitation différente des éléments structurels par la chaleur, ou bien du fait que lesdits éléments consistent en des matériaux mutuellement différents, possédant des coefficients de dilatation thermique mutuellement différents. Par ailleurs, l'invention a trait à l'utilisation d'une bague d'étanchement et d'un dispositif d'étanchement, des types décrits ci-avant, dans une pièce de raccordement interposée entre un tuyau d'échappement et un refroidisseur de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. En particulier lors d'une utilisation de ce genre, les dilatations thermiques des deux éléments structurels dont l'étanchéité réciproque doit être assurée -5- diffèrent fortement, l'allongement relatif de l'un desdits éléments, par rapport à l'autre élément, pouvant être de plusieurs centimètres dans la direction axiale. Dans des bagues d'étanchement classiques consistant exclusivement en un matériau élastomère, ce décalage relatif des deux éléments structurels se traduirait par une mobilité relative de la bague d'étanchement affectée d'un frottement accentué vis-à-vis de l'un desdits éléments ; par une usure conséquemment forte ; et par des longévités conséquemment faibles de ladite bague. A l'inverse, de fortes dilatations thermiques de ce type peuvent être aisément maîtrisées par la bague d'étanchement conforme à l'invention, car la bague de glissement se meut pratiquement sans aucune usure, et uniquement avec très faible frottement, sur la surface de l'élément structurel associé dont l'étanchéité doit être instaurée, en assurant néanmoins l'étanchéité dudit élément. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre 15 d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé dont la figure unique schématique illustre un exemple de réalisation. La figure montre une bague d'étanchement utilisée dans un dispositif d'étanchement, ledit dispositif étant employé en tant que pièce de raccordement 18 entre un tuyau d'échappement 19 et un refroidisseur 20 20 des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Un premier élément structurel 14 radialement intérieur et un second élément structurel 15 radialement extérieur sont respectivement de réalisation cylindrique creuse, les faces extrêmes des deux éléments, tournées l'une vers l'autre, étant insérées l'une dans l'autre et se 25 chevauchant, de ce fait, dans la direction axiale. La bague d'étanchement conforme à l'invention est logée dans un espace interstitiel 17 résultant de l'espacement. La bague d'étanchement comprend une garniture statique d'étanchement 1 consistant en un matériau élastomère dans l'exemple de 30 réalisation présentement illustré. Une armature 11, revêtant la forme d'une bague d'appui 12 en un matériau métallique, est disposée dans ladite garniture 1 afin de retenir fiablement la bague d'étanchement sur la face extrême du premier élément structurel 14. Pour simplifier le montage de la bague d'appui 12 sur ledit premier élément 14, et pour éviter le risque 35 d'erreurs de montage, ladite bague 12 est frontalement pourvue, d'un côté, d'une butée 13 qui s'étend dans la direction radiale et est en applique contre la face extrême dudit premier élément 14. -6- Dans cet exemple de réalisation, la garniture statique d'étanchement 1 comporte intérieurement, dans le sens radial, une première surface statique d'étanchement 2 entourant, de manière étanche, le pourtour extérieur du premier élément structurel 14. A l'extérieur dans le sens radial, la garniture 1 est ceinturée par une rainure d'intégration 3 longeant intégralement la périphérie, cette rainure 3 renfermant une autre bague d'étanchement 4 qui est réalisée sous la forme d'une bague de glissement 6 et consiste en du polytétrafluoréthylène (PTFE). Une seconde surface d'étanchement 5 de ladite bague 6 fait saillie au-delà de la garniture 1 du côté tourné radialement à l'opposé de la première surface statique d'étanchement 2, de sorte que ladite bague 6 porte de manière étanche, par sa seconde surface d'étanchement 5, contre la surface du second élément structurel 15 dont l'étanchéité doit être assurée. La bague de glissement 6 repose sur un fond 9 de la rainure d'intégration 3, au moyen d'un élément de précontrainte 7, avec souplesse élastique dans la direction radiale 8. Ledit élément 7 consiste en un matériau élastomère et se présente comme un bombement 10 à courbure radiale préalable en direction de ladite bague 6. Ledit élément 7 fait matériellement corps avec la garniture statique d'étanchement 1. Les deux éléments structurels 14, 15 forment, associativement, la pièce de raccordement 18 interposée, dans un moteur à combustion interne, entre le tuyau d'échappement 19 et le refroidisseur 20 des gaz d'échappement. Lesdits éléments 14, 15 sont respectivement constitués d'un matériau métallique, l'un des deux éléments 14, 15 présentant, en service, une plus grande dilatation thermique que l'autre élément 15, 14. Dans l'exemple de réalisation présentement illustré, le second élément 15 accomplit, lors de l'utilisation conforme à sa destination, un va-et-vient d'au moins 5 mm, dans la direction axiale 16, vis-à-vis de la bague d'étanchement fermement arrêtée sur le premier élément 14. Cette mobilité axiale alternative des deux éléments structurels 14, 15 l'un par rapport à l'autre, et donc également la mobilité axiale alternative du second élément structurel 15 vis-à-vis de la bague d'étanchement, ne soulèvent aucun problème du fait que la bague de glissement consiste en du PTFE ; la seconde surface d'étanchement 5 de ladite bague de glissement 6 est appliquée, de manière étanche, contre la surface du second élément 15 dont l'étanchéité doit être assurée, et elle est -7- pratiquement exempte d'usure en dépit de la faculté d'accomplir des va-et-vient. La bague d'étanchement, de même que le dispositif d'étanchement, présentent en permanence de bonnes propriétés d'utilisation pendant une durée de service prolongée, également lorsque les deux éléments structurels 14, 15 accomplissent des va-et-vient relatifs dans la direction axiale. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessins annexé. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Bague d'étanchement comprenant une garniture statique d'étanchement (1) en un matériau doué de l'élasticité du caoutchouc, munie d'une première surface statique d'étanchement (2) occupant une position radiale intérieure ou extérieure, bague caractérisée par le fait qu'une rainure d'intégration (3), destinée à une autre bague d'étanchement (4), longe l'intégralité de la périphérie radialement extérieure ou radialement intérieure de ladite garniture (1), sachant que ladite autre bague d'étanchement (4) est logée dans ladite rainure (3) et fait radialement saillie vers l'extérieur ou vers l'intérieur au-delà de ladite garniture (1), du côté tourné radialement à l'opposé de la première surface statique d'étanchement (2), par une seconde surface d'étanchement (5) pouvant être appliquée, de manière étanche, contre une surface dont l'étanchéité doit être assurée, ladite autre bague (4) étant réalisée sous la forme d'une bague de glissement (6). 2. Bague d'étanchement selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la garniture statique d'étanchement (1) consiste en un matériau élastomère. 3. Bague d'étanchement selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la bague de glissement (6) consiste en du 20 polytétrafluoréthylène (PTFE). 4. Bague d'étanchement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la bague de glissement (6) repose sur le fond (9) de la rainure d'intégration (3), au moyen d'un élément de précontrainte (7), avec souplesse élastique dans la direction 25 radiale (8). 5. Bague d'étanchement selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'élément de précontrainte (7) se présente comme un bombement (10) à courbure radiale préalable en direction de la bague de glissement (6). 30 6. Bague d'étanchement selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le bombement (10) et la garniture statique d' étanchement (1) font matériellement corps d'un seul tenant.-9- 7. Bague d'étanchement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la garniture statique d'étanchement (1) est renforcée par une armature (11). 8. Bague d'étanchement selon la revendication 7, caractérisée 5 par le fait que l'armature (11) se présente comme une bague d'appui (12) en un matériau métallique. 9. Bague d'étanchement selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la bague d'appui (12) est frontalement pourvue, d'un côté, d'une butée (13) s'étendant dans la direction radiale (8). 10 10. Dispositif d'étanchement comprenant un premier élément structurel (14) radialement intérieur et un second élément structurel (15) en forme de douille, radialement extérieur, dont l'un entoure l'autre à distance radiale ù en observant dans la direction axiale (16) ù, dispositif caractérisé par le fait qu'une bague d'étanchement conforme à l'une quelconque des 15 revendications 1 à 9 est située dans l'espace interstitiel (17) résultant de l'espacement, les deux éléments structurels (14, 15) présentant, dans la direction axiale (16), des dilatations thermiques mutuellement différentes. 11. Utilisation d'une bague d'étanchement et d'un dispositif d'étanchement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans une 20 pièce de raccordement (18) interposée entre un tuyau d'échappement (19) et un refroidisseur (20) de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.