Brevet FR3072150A1 — publié le 20190412

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un joint d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre deux pièces de machine, le joint étant logé dans une rainure de l'une des pièces. Etat de la technique Les joints sont intégrés aux machines contenant un liquide actif qui doit être retenu dans une certaine région. Par exemple, on peut utiliser un élément de joint entre une pièce fixe et/ou une pièce mobile d'une machine pour retenir le fluide. De façon générale, une ou plusieurs pièces de la machine viennent en contact avec l'élément de joint avec une partie en saillie logeant l'élément de joint. Par exemple, certains mécanismes hydrauliques utilisent des joints annulaires pour réaliser l'étanchéité entre le cylindre fixe et le piston par des garnitures mobiles. Le cylindre et/ou le piston peuvent comporter un presse- étoupe recevant l'élément de joint. Un joint d'étanchéité, annulaire se compose de deux parties : un élément de joint et une bague de compression. L'élément de joint, plastique, est activé par la bague de compression en élastomère. Cette configuration permet de réaliser l'élément de joint en une matière résiliante qui n'a pas l'élasticité nécessaire pour conserver les forces de contact et pour régler le mouvement entre les pièces voisines du mécanisme comme cela arrive en pratique. Ainsi, la bague de compression est protégée contre le frottement alors que l'usure et les contraintes concernent la face du joint. De tels joints servent dans de multiples ap- plications, par exemple, dans l'industrie aérospatiale. L'élément de joint est généralement réalisé en une matière plastique appropriée telle que du polytétrafluoroéthylène (PTFE) alors que la bague de compression est un anneau torique classique en caoutchouc qui résiste aux contraintes thermiques et chimiques que l'on peut rencontrer à l'emplacement de l'élément de joint. Le document US.6 497 415 décrit une structure de joint avec un anneau de compression partiellement entouré et soutenu par l'élément de joint. L'élément de joint vient fermement en contact avec la gorge, ce qui limite la souplesse radiale et de rotation du joint. Cette conception permet au joint de combiner une grande efficacité à des 2 gorges compactes radialement. Le joint a une face de contact large mise en pression, cette face correspondant à la distance entre l'arête du joint et la paroi de la gorge en aval de la zone de pression qu'il faut maintenir étanche. Malgré l'efficacité de tels joints, il y a des inconvénients et des 5 limites de conception que l'on peut rencontrer en pratique. Par exemple, à cause de la distance importante entre l'arête du joint et la paroi de la gorge, à une pression élevée, la surface de contact importante augmente la force de contact globale appliquée à la pièce mobile de la machine, ce qui participe au frottement et réduit ainsi l'efficacité du joint. De même, 10 par exemple, la conception de l'arête de joint peut créer un appui ineffi- cace pour la bague de compression et ainsi désaligner la position de cette bague. Ce désalignement de la position de la bague de compression peut également aboutir à des cas, dans lesquels le joint ne permettra pas de bloquer, c'est-à-dire qu'il permettra l'établissement d'une 15 contrepression sous le joint, ce qui en définitive peut se traduire par une fuite importante. Le document EP0670444 B1 décrit une bague de compression au-dessus de l'élément de joint. L'élément de joint a une phase de contact angulaire ce qui lui permet de basculer dans la gorge de la 20 pièce de la machine de façon à entrer pleinement en contact et s'appuyer contre la paroi de la gorge. L'arête de l'élément de joint est en regard de la pièce opposée. La bague de compression peut également tourner avec l'élément de joint. La rotation de l'élément de joint et de la bague de compression risque de réduire la durée de vie de l'élément de 25 joint et sa capacité à assurer l'étanchéité. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un joint d'étanchéité économique et fiable assurant une séparation étanche suffisante dans les différentes conditions de pression. 30 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un joint d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre une première pièce de machine et une seconde pièce de machine, la première pièce ayant une gorge avec une paroi latérale, ce joint d'étanchéité étant caractérisé en 35 ce qu'il comprend une bague de compression placée dans la gorge et un 3 élément de joint placé dans la gorge activé par la bague de compression, et séparant la bague de compression de la paroi latérale de la gorge et de la seconde pièce de machine, l'élément de joint ayant un fond et un dos pour entrer en contact avec la 5 paroi latérale de la gorge, le fond ayant une arête d'étanchéité pour en- trer en contact avec la seconde pièce de machine et la face auxiliaire de support qui est placée devant l'arête d'étanchéité. Dans le cas de ce joint il est avantageux que la face auxiliaire de support se présente sous la forme d'un bec configuré pour pro- lo téger l'arête de joint. Suivant une autre caractéristique, le fond a une cavité entre le bec et l'arête de joint. Lorsque le joint est installé dans la gorge, la face auxiliaire de support a une face de contact qui correspond au diamètre de l'arête de joint de l'élément de joint. La face auxiliaire de 15 support du joint selon l'invention n'entre pas en contact avec la seconde pièce de la machine tout en permettant au fluide ou au gaz à séparer de manière étanche, d'atteindre l'arête de joint. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière 20 plus détaillée à l'aide d'un joint d'étanchéité représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un joint d'étanchéité selon l'invention, avec une bague de compression et un élément de joint, mis en place dans une gorge mais avant la fin du 25 montage du joint, - la figure 2 est une vue en coupe du joint d'étanchéité de la figure 1 en position installée, l'élément de joint étant en faible pression, la figure 3 est une vue en coupe du joint d'étanchéité de la figure 1 en position installée, l'élément de joint étant soumis à une forte 30 pression, et - la figure 4 est une vue en coupe montrant la bague de compression et l'élément de joint de la figure 1. Description d'un mode de réalisation Selon les dessins et notamment la figure 1, un mode de 35 réalisation d'un joint d'étanchéité 10, préinstallé, pour assurer 4 l'étanchéité vis-à-vis d'un fluide tel qu'un liquide ou un gaz entre une première pièce de machine 12, par exemple une pièce de machine 12 fixe ayant une gorge 14 et une seconde pièce de machine 16, par exemple, une pièce mobile 16. La gorge 14 peut être réalisée dans la 5 pièce fixe 12 ou dans la pièce mobile 16. La pièce mobile 16 est, par exemple, un arbre rotatif 16. La gorge 14 a deux parois latérales 14A, 14B et un dessus 14C ; sa largeur axiale est égale à Wl. Le joint d'étanchéité 10 comporte, de manière générale, une bague de compression 18 et un élément de joint 20. Le joint 10 d'étanchéité 10 peut être utilisé dans de nombreuses applications pour un fluide actif, pour assurer la séparation étanche par rapport à une ou plusieurs pièces fixes ou mobiles d'une machine. Si la pièce mobile 16 est sous la forme d'un arbre 16, le joint d'étanchéité 10 se présente sous la forme d'un joint d'étanchéité d'arbre 10. Il est à remarquer que 15 le joint d'étanchéité 10 peut également comporter une pièce supplémen- taire, par exemple, une bague d'appui, de section non rectangulaire, entre l'élément de joint 20 et la paroi latérale 14B de la gorge 14 pour séparer la bague de compression 18 de la paroi latérale 14B de la gorge 14 ; cette variante n'est pas représentée. 20 La bague de compression 18 se loge dans la gorge 14. La bague de compression 18 a un diamètre DCR (figure 4). La largeur axiale W1 de la gorge 14 est supérieure au diamètre DCR de la bague de compression 18, par exemple selon un coefficient 1,10 ou 1,15. La bague de compression 18 se présente sous la forme d'un anneau quel- 25 conque. Par exemple, la bague de compression 18 se présente sous la forme d'un anneau torique déformable 18. La bague de compression 18 est réalisée en n'importe quelle matière appropriée, par exemple, un caoutchouc, ou une matière caoutchouteuse. L'élément de joint 20 est logé au moins partiellement 30 dans la gorge 14. L'élément de joint 20 est activé par la bague de com- pression 18. L'élément de joint 20 est configuré pour recevoir la bague de compression 18 et la séparer de la paroi latérale 14B de la gorge 14 et de la seconde pièce de machine 16. L'élément de joint 20 se présente sous la forme d'un élément annulaire 20. L'élément de joint 20 peut être 35 monolithique. L'élément de joint 20 a un fond 22 et un dos 24. 5 L'élément de joint 20 a une largeur W2 optimisée pour porter la bague de compression 18 (figure 4). L'élément de joint 20 peut déborder de la profondeur de la gorge 14 avant l'installation (figure 1). L'élément de joint 20 peut être partiellement comprimé après le montage du joint 5 d'étanchéité 10 de façon que l'élément de joint se trouve dans la gorge 14 (figures 2-3). On bloque la mobilité angulaire, c'est-à-dire la rotation de l'élément de joint 20 en mettant l'élément de joint 20 en contact avec le dessus 14C et la paroi latérale 14B de la gorge 14 et avec la seconde pièce de machine 16. L'élément de joint 20 est réalisé en une matière 10 élastique telle qu'une matière plastique. Le fond 22 de l'élément de joint a une arête 26 pour entrer en contact avec la seconde pièce de machine 16. Le fond 22 a également une face auxiliaire de support 28 située en avant de l'arête 26, c'est-à-dire plus près de la paroi latérale 14A de la gorge 14 et en amont 15 de l'arête 26 dans le sens de la pression à séparer de manière étanche. Le fond 22 a une cavité 30 entre la face auxiliaire de support 28 et l'arête 26. La cavité 30 permet à la face auxiliaire de support 28 de fléchir ou de se déformer par rapport à l'arête 26. La face auxiliaire de support 28 a la forme d'un bec 28 20 avec un bord de contact plat 28A et une arête de fond. La face auxiliaire de support 28 protège l'arête de joint 26 contre les dommages en cours de mise en place et/ou pendant le fonctionnement du joint d'étanchéité 10. Le bec 28 améliore également la retenue de la bague de compression 18 pendant le fonctionnement du joint d'étanchéité 10. Pour le mon- 25 tage, on engage la seconde pièce de machine 16 à partir du côté pres- sion, contre l'arête de joint 26. Ainsi, le bec 28 vient d'abord en contact avec la seconde pièce de machine 16 et protège l'arête de joint 26 contre le contact avec la pièce mobile 16. Lorsque la seconde pièce mobile 16 est insérée, le bec 28 soulève l'élément de joint 20 et l'arête de joint 26 30 pour l'écarter de la seconde pièce de machine 16. Ainsi, l'arête de joint 26 ne vient pas en contact avec la seconde pièce de machine 16 avant que cette seconde pièce 16 ne soit complètement mise en place. Dans cet état, l'arête de joint 26 soulève le bec 28 et toute la force de compression exercée par la bague de compression 18 agit uniquement sur 35 l'arête de joint 26. En d'autres termes, pendant la mise en place, le bec 6 28 utilise la déformation de l'élément de joint 20 de façon que le bec 28 se déplace radialement en s'écartant de la seconde pièce de machine 16 et en soulevant ainsi l'arête d'étanchéité 26 pour éviter tout contact avec la seconde pièce de machine 16 jusqu'à l'installation complète du 5 joint d'étanchéité 10. Le bec 28 protège ainsi l'arête d'étanchéité 26 contre tout dommage en cours de montage sans pour autant réduire la force de compression disponible au niveau de l'arête de joint 26 ou d'influencer de manière négative les caractéristiques du joint pendant le fonctionnement normal. Le bec 28 ne vient pas autant en saillie que 10 l'arête d'étanchéité 26, de sorte que le bec 28 ne viendra pas en contact avec la pièce mobile 16 de la machine une fois le joint d'étanchéité 10 complètement monté. Le bec 28 n'interdit pas le passage de fluide ou de gaz qui pourront arriver jusqu'à l'arête d'étanchéité 26. Le bec 28 est conçu de façon que lorsque le joint d'étanchéité 10 est mis en place, la 15 face de contact du bec 28 correspond au diamètre de l'arête d'étanchéité 26 ou est plus près que celui de la seconde pièce de machine 16. Le bord de contact plat 28A évite que la bague de compression 18 ne bascule ce qui réduit le risque de dommage de l'élément d'étanchéité 20 pendant le transport et la mise en place (figure 4). Le bord de contact 20 plat 28A termine l'ouverture de la gorge 14 avec une section perpendi- culaire par rapport à la gorge ou qui vient à plat en contact avec la face de contact de l'ouverture de la gorge. Le bord de contact plat 28A s'étend au moins partiellement ou complètement sur la profondeur radiale de la paroi latérale 14A de la gorge 14. Le bec 28 assure une meil- 25 leure résistance à la rotation à l'élément de joint 20 et ainsi un meilleur pompage et une meilleure surface pour la bague de compression 18 qui sera placée sans être endommagée. Le dos 24 du joint est configuré pour venir en contact avec la paroi latérale 14B et/ou le dessus 14C de la gorge 14. Le dos 24 30 coïncide avec la paroi latérale 14B ou vient en contact avec cette paroi latérale 14B de la gorge 14 en un point proche du dessus 14C de la gorge 14. Par exemple, le dos 24 a une arête arrière 32 venant en contact avec la paroi latérale 14B en position basse pression (figure 2). Le dos 24 est angulaire, incliné et/ou courbe. Par exemple, le dos 24 des- 35 cend axialement vers l'intérieur par rapport à la paroi latérale 14B sur 7 un angle a. L'angle a est supérieur à 5° et inférieur à 30°. On peut avoir une séparation axiale contre l'élément axial 20 et la paroi latérale 14B du fait du dos 24 de forme angulaire. Par exemple, la séparation axiale peut s'étendre sur au moins la moitié de la profondeur radiale de la pa- s roi latérale 14B et l'angle a entre le dos 24 et la paroi latérale 14B aug- mente dans le sens inverse pour avoir une séparation axiale totale à proximité de l'ouverture de la gorge 14. On a ainsi un espace de section triangulaire entre la surface de contact du dos 24 et la paroi latérale 14B ; cette section est définie par l'angle a. Le dos 24 angulaire assure 10 un certain degré de souplesse axiale à l'élément de joint 20 de façon que cet élément de joint 20 puisse fléchir et se déplacer axialement par rapport à la gorge 14. Les figures 2-3 montrent le joint d'étanchéité 10 installé dans la gorge 14 dans une position d'étanchéité basse pression (figure 15 2) et dans une position d'étanchéité haute pression (figure 3). Dans la position basse pression, la bague de compression 18 et l'élément de joint 20 sont moins comprimés si bien que seule l'arête arrière 32 vient en contact avec la paroi latérale 14B de la gorge 14. En position d'étanchéité haute pression, la bague de compression 18 et l'élément de 20 joint 20 sont comprimés plus fortement de sorte que le dos 24 touche complètement la paroi latérale 14B. La position axiale de l'arête d'étanchéité 26 par rapport à la paroi latérale 14B varie également selon les différents niveaux de pression appliqués. Par exemple, à basse pression, l'élément d'étanchéité 20 sera moins comprimé et la distance D 25 entre la paroi latérale 14B et l'arête d'étanchéité 26 sera supérieure à la distance D' entre la paroi latérale 14B et l'arête d'étanchéité 26 à haute pression. La position de l'arête d'étanchéité 26 change ainsi de manière dynamique. L'arête d'étanchéité 26 est optimisée à la fois pour les conditions haute pression et les conditions basse pression. En d'autres 30 termes, pour une haute pression d'étanchéité, le dos 24 fléchit vers l'arrière pour entrer en contact avec la paroi latérale 14B de façon que l'élément d'étanchéité 20 et l'arête d'étanchéité 26 vienne axialement plus près de la paroi latérale 14B et améliore les caractéristiques d'étanchéité haute pression. Inversement, à basse pression, la distance 8 plus grande par rapport à la paroi latérale 14B garantit à l'élément d'étanchéité 20 une souplesse radiale importante. 5 9 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Joint d'étanchéité 12 Première pièce de machine / pièce fixe 5 14 Gorge du boîtier 14A, 14B Parois latérales 14C Dessus 16 Deuxième pièce de machine / pièce mobile 18 Bague de compression 10 20 Elément de joint 22 Fond du joint 24 Dos du joint 26 Arête du joint 28 Face auxiliaire de support /bec avant 15 28A Bord de contact plat 30 Cavité 32 Arête arrière D Distance entre la paroi latérale et l'arête d'étanchéité à base pression D' Distance entre la paroi latérale et l'arête d'étanchéité à haute pression 20 DCR Diamètre de la bague de compression W1 Largeur axiale de la gorge W2 Largeur de l'élément de joint a Angle d'inclinaison REVENDICATIONS1°) Joint d'étanchéité (10) pour réaliser l'étanchéité entre une première pièce de machine (12) et une seconde pièce de machine (16), la première pièce (12) ayant une gorge (14) avec une paroi latérale (14B), joint d'étanchéité (10) caractérisé en ce qu'il comprend : une bague de compression (18) placée dans la gorge (14), et un élément de joint (20) placé dans la gorge (14), activé par la bague de compression (18) et séparant la bague de compression (18) de la paroi latérale (14B) de la gorge (14) et de la seconde pièce de machine (16), l'élément de joint (20) ayant un fond (22) et un dos (24) pour entrer en contact avec la paroi latérale (14B) de la gorge (14), le fond (22) ayant une arête d'étanchéité (26) pour entrer en contact avec la se- conde pièce de machine (16) et une face auxiliaire de support (28) devant l'arête d'étanchéité (26). 2°) Joint d'étanchéité (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face auxiliaire de support (28) se présente sous la forme d'un bec (28) configuré pour protéger l'arête de joint (26). 3°) Joint d'étanchéité (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fond (22) a une cavité (30) entre le bec (28) et l'arête de joint (26). 4°) Joint d'étanchéité (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face auxiliaire de support (28), lors de l'installation du joint d'étanchéité (10) dans la gorge (14), a une face de contact (28A) dont le diamètre correspond à celui de l'arête de joint (26) de l'élément de joint (20). 5°) Joint d'étanchéité (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 la face auxiliaire de support (28A) ne touche pas la seconde pièce de machine (16). 6°) Joint d'étanchéité (10) selon la revendication 8, 5 caractérisé en ce que la face auxiliaire de support (28A) ne retient pas le fluide ou le gaz qui peuvent atteindre l'arête de joint (26). 10