Brevet FR3042832A1 — publié le 20170428

ECROU ETANCHE La présente invention concerne de manière générale les écrous étanches, et plus particulièrement les écrous comportant une bague d'étanchéité. Les écrous étanches sont utilisés dans l'industrie aéronautique pour assembler des éléments de structure au travers desquels est inséré une vis ou un 5 composant analogue comprenant un filetage extérieur, lesdits éléments nécessitant un assemblage étanche aux fluides et aux vapeurs. Lorsqu'il faut assembler des éléments de structure qui travaillent principalement en cisaillement, en traction ou dans une combinaison des deux, on utilise des vis présentant une partie de fût lisse, cylindrique ou conique, ayant une 10 longueur permettant de traverser complètement une plage d'épaisseur des éléments à assembler. La longueur du fût permet d'assembler des épaisseurs variant entre une épaisseur minimale (« grip min ») et une épaisseur maximale (« grip max »), la différence étant généralement de 1,6 mm (1/16" de pouce en système impérial). La plage d'épaisseur est appelée en terminologie anglo- 15 saxonne « grip capacity ». La portion cylindrique ou conique du fût de la vis utilisée dépasse donc de la longueur de cette plage lorsque la vis traverse des éléments présentant l'épaisseur minimale que peut assembler la vis. A l'opposé, la portion cylindrique ou conique ne dépasse pas lorsque la vis traverse des éléments présentant 20 l'épaisseur maximale que peut assembler la vis. Par ailleurs, les vis de cisaillement comprennent généralement un fût ayant un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur maximal du filetage. Pour assembler les éléments de structure, il est donc nécessaire d'utiliser conjointement avec une vis de cisaillement ou de traction un écrou 10 représenté 25 en figure 1 comprenant un espace 12 réalisé dans la surface d'appui 14 destinée à entrer en contact avec une surface S d'un des éléments à serrer. Cet espace, 3042832 2 réalisé entre la surface d'appui 14 et le premier filet de l'écrou, est appelé classiquement une chambre, et peut présenter diverses formes et dimensions. Dans l'exemple donné ci-dessus, la chambre peut recevoir jusqu'à 1,6 mm du fût de la vis qui peut dépasser de la structure ayant une épaisseur minimale. Dans certains cas, ces écrous doivent être également étanches. Un tel écrou est représenté en figure 2. Une bague d'étanchéité 16 déformable, généralement en Téflon®, est disposée dans un alésage 18, réalisé dans la chambre 12. La bague 16 a un diamètre intérieur supérieur au diamètre du taraudage et du diamètre du fût lisse afin de ne pas interférer avec la vis. La bague est montée en interférence dans l'alésage 18 pour assurer sa tenue dans l'écrou lors de son transport. La bague d'étanchéité a une forme conique qui dépasse généralement de la surface d'appui de l'écrou. Ainsi, lorsque l'écrou est serré contre un élément de structure, la bague d'étanchéité est à la fois axialement comprimée et déformée radialement vers l'intérieur de la chambre et contre le fût et/ou les filets de la vis, formant ainsi un joint étanche. Le demandeur a remarqué que dans certaines configurations d'assemblage comprenant une vis 20 et un écrou 10 étanche représenté en figure 3, la bague 16 ne fluait pas entièrement dans la chambre 12 mais fluait en partie 22 entre la surface d'appui 14 de l'écrou et la surface S de l'élément à serrer. Cela peut se produire quand la vis est installée dans une structure présentant une épaisseur minimale et que toute la longueur de fût dépassant de la structure se trouve dans la chambre. Un tel fluage doit être totalement prévenu, puisqu'il compromet gravement la tenue mécanique de l'assemblage vis /écrou. En effet, la présence d'une matière lubrifiante entre la surface d'appui de l'écrou et la surface de l'élément à serrer influe sur le coefficient de frottement entre ces surfaces. Lorsque le coefficient de frottement diminue, la tension de la vis augmente au-dessus du seuil admissible par la vis, ce qui peut provoquer la rupture de la vis. La présente invention concerne un écrou étanche qui évite un fluage de la bague d'étanchéité entre l'écrou et la structure, quelle que soit la configuration 3042 832 3 d'assemblage, sans réduire la résistance, la capacité ou l'intégrité structurelle de l'assemblage ou des composants de l'assemblage. Plus précisément, l'écrou étanche comporte un écrou et une bague d'étanchéité déformable, l'écrou comportant un corps annulaire s'étendant dans 5 une direction d'un axe de révolution, une embase comportant une chambre et un alésage réalisé dans l'embase, l'alésage comprenant une paroi de fond annulaire ayant une largeur s'étendant entre un premier rayon intérieur et un deuxième rayon. La bague d'étanchéité comprend un corps annulaire et une face d'extrémité apte à reposer contre la paroi de fond, la face d'extrémité ayant une largeur 10 s'étendant entre un rayon intérieur et un rayon extérieur. L'écrou étanche est tel que le rapport de la largeur de la paroi de fond de l'alésage et la longueur de la face d'extrémité de la bague est compris entre 20 et 45%. Une telle configuration permet à la bague d'étanchéité d'être toujours guidée vers l'intérieur de la chambre, quelle que soit la configuration de 15 l'assemblage, sans fluer au-delà de la chambre ni hors de l'alésage. Par ailleurs, l'écrou selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - L'écrou étanche comprend un chanfrein entre la paroi de fond de l'alésage et une paroi de la chambre de l'écrou, 20 - le chanfrein fait un angle avec l'axe de révolution compris entre 45° à 60°, - la paroi de fond et la face d'extrémité ont des formes complémentaires, - la paroi de fond et la face d'extrémité comprennent chacun une portion disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe de révolution, - une paroi de l'alésage comprend une gorge s'étendant radialement à 25 l'intérieur de l'embase, et une paroi extérieure de la bague comprend une saillie de forme complémentaire de celle la gorge, - la bague possède un rayon extérieur supérieur à un rayon intérieur de l'alésage. - le rapport entre le rayon extérieur de la bague et le rayon intérieur de 30 l'alésage est compris entre 1,010 et 1,016, - le volume de la bague comparé au volume disponible de l'écrou est compris entre 70% et 85%, ledit volume disponible étant le plus petit 3042 832 4 volume creux à l'intérieur de l'écrou entre une surface d'appui et un premier filet de l'écrou, à une extrémité du taraudage située du côté de l'embase, une fois une vis placée dans l'écrou, lorsque la vis occupe un volume maximal. 5 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, en lien avec les dessins illustrant à titre d'exemple des modes de réalisation de l'invention. La figure 1 (déjà décrite) est une coupe d'un écrou à chambre de l'art antérieur, 10 La figure 2 (déjà décrite) est une coupe d'un écrou étanche de l'art antérieur, La figure 3 (déjà décrite) est une vue en coupe partielle d'un assemblage comprenant une vis et un écrou étanche de l'art antérieur, La figure 4 est une vue de côté d'un écrou étanche selon un mode de 15 réalisation de l'invention, La figure 5 est une coupe éclatée de l'écrou étanche de la figure 4, La figure 6 est une coupe d'un écrou étanche selon un deuxième mode de réalisation, La figure 7 une vue en coupe partielle d'un assemblage comprenant une vis 20 et un écrou étanche selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 8 est une coupe d'un écrou étanche selon un troisième mode de réalisation. Un écrou étanche 100, représenté en figure 4 et 5, comprend un écrou 101 et une bague d'étanchéité 130. L'écrou 101 s'étend dans la direction 25 d'un axe de révolution A dudit écrou et comprend une prise de clé 102 et une embase 104. La prise de clé 102 est ici un hexagone. L'embase, de diamètre extérieur élargi par rapport à la plus grande dimension de l'hexagone, a une surface supérieure tronconique 106 qui comporte six pans en creux par rapport à cette surface tronconique, comme ceux décrits dans la demande de brevet 3042832 5 FR 2937386 au nom de la demanderesse. Chaque pan en creux est aligné avec une surface plane de la prise de clé hexagonale. La figure 5 montre plus précisément que l'embase 104 comprend une surface d'appui 108 opposée à la surface tronconique, et une chambre 110, 5 présentant une paroi cylindrique 112 et une paroi d'extrémité 114 reliant la paroi cylindrique 112 et le premier filet du taraudage 116. Dans cet exemple, la paroi d'extrémité 114 est une surface tronconique. Le taraudage 116 s'étend sur la surface intérieure de l'écrou, entre la fin de la paroi d'extrémité 114 et l'extrémité supérieure 118 de l'écrou, opposée à la 10 surface d'appui 108. L'embase 104 comprend également un alésage 120 cylindrique réalisé dans la chambre 110, débouchant sur la surface d'appui 108, et présentant un premier rayon intérieur R1 supérieur au rayon de la chambre 110. L'alésage 120 comprend une paroi cylindrique 122 et une paroi de fond 124 plane. Dans cet 15 exemple, la paroi de fond est sensiblement perpendiculaire à l'axe A. On entend par sensiblement que l'angle peut varier de quelques degrés. Un chanfrein 126 raccorde la paroi de fond 124 de l'alésage 120 à la paroi cylindrique 112 de la chambre 110. La paroi de fond 124 est une surface annulaire Al s'étendant entre le 20 premier rayon intérieur R1 de la paroi cylindrique 122, et un deuxième rayon intérieur r1, défini par la distance entre l'axe A et la distance à laquelle le chanfrein 126 coupe la paroi d'extrémité 124. La surface annulaire Al a pour valeur Al = (R12 - r12). -rr 25 En deux dimensions, la paroi de fond 124 a une largeur Ll définie par la différence de rayons (R1- r1). L'alésage 120 est destiné à recevoir une bague d'étanchéité 130. Un chanfrein 128 est réalisé sur le pourtour débouchant de l'alésage afin de guider l'insertion de la bague dans l'alésage. 3042832 6 La bague 130 est une couronne annulaire d'axe de révolution A, comprenant une face d'extrémité supérieure 132 destinée à reposer contre la paroi de fond 124 de l'alésage 120. Préférentiellement, la face d'extrémité supérieure comporte au moins une surface de forme complémentaire de la paroi 5 de fond 124 de l'écrou. Dans l'exemple illustré en figure 3, la surface d'extrémité supérieure 132 est entièrement plane et sensiblement perpendiculaire à l'axe A. La bague d'étanchéité 130 présente un perçage 134 dont le diamètre, égal à deux fois le rayon intérieur r2 indiqué sur la figure 3, est supérieur au diamètre du fût de la vis afin de ne pas interférer avec les filets et le fût de la vis sur laquelle 10 l'écrou sera vissé. La bague peut être amenée à entrer en contact avec le fût de la vis si une vis de plus grand diamètre dite « oversize » est utilisée dans une opération de maintenance à la place d'une vis de diamètre nominal, mais la fonction de la bague n'est pas de freiner la vis et/ou de limiter l'imperdabilité de l'écrou. 15 Une face d'extrémité inférieure 136 de la bague d'étanchéité opposée à la face d'extrémité supérieure 132 est tronconique, la paroi du perçage 134 étant plus longue dans la direction axiale A que la paroi extérieure 138 destinée à entrer en contact avec la paroi cylindrique 122 de l'alésage . Le rayon extérieur R2 de la bague 130 est supérieur à celui du premier 20 rayon intérieur R1 de l'alésage, de sorte que la bague doit être insérée en force dans l'alésage. L'interférence créée permet de maintenir la bague dans l'alésage, notamment pendant son transport, son stockage et pendant l'installation de l'écrou. Préférentiellement, le rapport d'interférence entre le rayon extérieur R2 de la bague et le rayon R1 de l'alésage est compris entre 1,010 et 1,016. Plus le 25 diamètre nominal - diamètre mesuré en fond de filets - de l'écrou est grand, moins le rapport d'interférence est grand. La surface d'appui 132 de la bague est également une surface annulaire A2, s'étendant entre le rayon extérieur R2 et le rayon intérieur d2, ayant pour valeur 30 A2 = (R22 - r22). 7 3042832 7 En deux dimensions, la surface d'appui 132 de la bague a une largeur L2 définie par la différence de rayons (R2- r2). Pour éviter tout fluage intempestif de la bague, le rapport entre les largeurs d'appui L1 et L2 doit être supérieur ou égale à 20%, et inférieur ou égale 5 à 45%, soit : 20% REVENDICATIONS1. Ecrou étanche (100) comportant un écrou (101) et une bague d'étanchéité (130) deformable, l'écrou comportant un corps annulaire s'étendant dans une direction d'un axe de révolution (A), une embase (104) comportant une chambre (110) et un alésage (120) réalisé dans ladite embase, l'alésage (120) comprenant une paroi de fond (124) annulaire ayant une largeur s'étendant entre un premier rayon(R1) intérieur et un deuxième rayon (r1) intérieur, la bague d'étanchéité (130) comprenant un corps annulaire et une face d'extrémité supérieure (132) apte à reposer contre la paroi de fond (124) de l'alésage, ladite face d'extrémité supérieure ayant une largeur s'étendant entre un rayon intérieur (r2) et un rayon extérieur (R2), caractérisé en ce que le rapport de la largeur (L1) de la paroi de fond (124) de l'alésage et la largeur (L2) de la face d'extrémité supérieure (132) de la bague est compris entre 20% et 45%. 2. Ecrou étanche selon la revendication 1, dans lequel l'écrou (100) comporte un chanfrein (126) entre la paroi de fond (124) de l'alésage et une paroi de la chambre (110) dudit écrou. 3. Ecrou étanche selon la revendication 2, dans lequel le chanfrein (126) fait un angle (a) avec l'axe de révolution (A) compris entre 45° à 60°. 4. Ecrou étanche selon l'une des revendications précédentes, tel que la paroi de fond (124) de l'alésage et la face d'extrémité supérieure (132) de la bague ont des formes complémentaires. . Ecrou étanche selon la revendication 4, tel que la paroi de fond (124) et la face d'extrémité supérieure (132) comprennent chacun une portion disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe de révolution (A). 3042832 13 6. Ecrou étanche selon l'une des revendications précédentes, tel que la bague (130) possède un rayon extérieur (R2) supérieur à un premier rayon intérieur (R1) de l'alésage. 5 7. Ecrou étanche selon la revendication 7 tel qu'un rapport entre le rayon extérieur (R2) de la bague et le premier rayon intérieur (R1) de l'alésage est compris entre 1,010 et 1,016. 8. Ecrou étanche selon l'une des revendications précédentes, tel qu'une 10 paroi (122) de l'alésage (120) comprend une gorge s'étendant radialement à l'intérieur de l'embase (104), et une paroi extérieure (138) de la bague (130) comprend une saillie de forme complémentaire de celle ladite gorge. 15 9. Ecrou étanche selon l'une des revendications précédentes, tel qu'un volume de la bague (130) est compris entre 70% et 85% d'un volume disponible de l'écrou (101), ledit volume disponible étant le plus petit volume creux à l'intérieur de l'écrou entre une surface d'appui (108) et un premier filet dudit écrou, à une extrémité d'un taraudage (116) située du 20 côté de l'embase (104), une fois une vis placée dans l'écrou, lorsque la vis occupe un volume maximal.