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Garniture racleuse d'étanchéité pour pistons et presse- étoupe
On connaît déjà des garnitures racleuses présentant une lèvre circulaire élastique, destinée à s'appliquer contre la surface interne concave d'un cylindre ou contre la face externe dtune tige cylindrique, afin de former un joint étan- ohe entre deux capacités adjacentes. Dans les joints de ce type, celui des deux milieux à séparer qui est à la pression la plus élevée agit directement sur la lèvre élastique de façon à appliquer énergiquement cette lèvre centre la paroi concave ou convexe coopérant avec la garniture racleuse pour former le joint .
Mais dans le cas où le joint travaille sous des pressions faibles par rapport à la rigidité de la garniture ou sous des différences de pression passant par zéro, ces
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pressions peuvent être insuffisantes pour appliquer la lèvre élastique contre la surface concave ou convexe, de sorte que l'étanchéité pourra être tout-à-fait défectueuse., et il sera nécessaire de trouver une autre solution pour assurer une bonne étanchéité . Il importe, en outre,que cette étanchéité se trouve conservée malgré l'usure résultant d'un fonctionne- ment prolongé .
Si, par contre, on utilise une lèvre très flexible, cette lèvre s'applique sur une grande hauteur contre la paroi en occasionnant des frottements d'où ,à la fois, une usure de la garniture et une résistance au déplacement .
La présente invention a pour objet une garniture ( calotte ou coupelle ou segment) élastique, racleuse, agencée de manière à assurer une étanchéité parfaite, même après usure, et pour toutes les pressions, mêmes faibles ou légèrement nulles, voire même négative. Cette garniture est remarquable notamment en ce que, d'une part, sa face de contact est dégagée depuis le talon de centrage sur presque toute la hauteur de la garniture de manière à ménager sur son bord énergique, très libre une bande de contact defaible hauteur et, d'autre part , avant montage, le diamètre de cette bande est tel que le bord libre de la garniture est déformé élastiquement lors- qu'il est en contact avec la surface concave ou convexe sur énergique laquelle il s'applique, ce qui assure une pression élastique de ce bord libre sur cette surface et,
par conséquent, un contact pafait,..
En d'autres termes, le diamètre, à l'état libre, de la bande étroite de contact de la garniture est légèrement inférieur au diamètre de la surface convexe ou légèrement su- périeur au diamètre de la surface concave sur laquelle cette bande s'applique .
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Suivant une autre caractéristique, le dessus du bord libre de contact de la garniture est constitué par une surface tronoonique de demi angle au sommet compris, de pré- férence, entre 30 et 60 , de telle sorte que ce bord forme un véritable tranchant ,
Le tranchant a donc une section en biseau tel que, malgré l'usure, son angle d'attaque ne change pas, res- tant égal au demi-angle au sommet du cône précité.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre dtexemple ;
La figure 1 est uhe section radiale, à grande échelle, d'une garniture racleuse (calottecoupelle ou seg- ment) selon l'invention; sur cette figure on a représenté, en traits mixtes la position que prend cette garniture lorsque son tranchant est au contact de la surface sur laquel- le il appuie élastiquement ; les figures 2 et 3 sont des coupes de variantes de garnituresselon ltinvention ; la figure 4 est une coupe d'une autre variante à deux tranchants opposés ; la figure 5 est une coupe d'une soupape, munie d'une garniture racleuse selon l'invention ; les figures 6-7 et 8 sont des coupes analogues, respectivement, d'une rotule étanche et de deux presse-étou- pes munis d'une telle garniture .
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la figure 1, la garniture racleuse 1 dont on n'a représenté qu'une section radiale, doit venir frotter par sa face de droite contre une surface cylindrique 2 (ab) . Cette surface 2 peut être concave (surface dtun cylindre) ou convexe (sur- face d'une tige). Suivant l'un ou l'autre de ces cas, la figure 1 représente donc la section de droite ou de gauche de la couronne ou bague que forme la garniture dans son
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ensemble .
Cette garniture 1 est formée d'un talon cdelm, de section rectangulaire ou analogue, prolongé par une lèvre efghijkl . La lèvre est agencée de manière à former à l'extré- mité opposée au talon un bec 4 (ghij) dont la hauteur hi des- tinée à venir au contact de la surface 2 est très réduite, de (voire même nulle) l'ordre par exemple d'un millimètre ou moins/pour un diamètre inférieur à 50 mm. La surface supérieure ij du bord libre 4 de la garniture est constituée par une surface tronconique dont le demi-angle [alpha], au sommet, est compris, de préférence, entre 30 et 60 .
La surface tronconique ij est reliée au talon par un raccord jk et par une surface kl de section radiale, rectiligne ou non , La surface kl est inclinée par rapport à l'axe de la garniture c'est-à-dire par rapport à ab de manière que la lèvre aille en s'amincissant du talon vers le bord libre 4 de la garniture .
Le rayon de la surface de du talon correspond, :!eu à un très léger/x de montage près (en plus ou moins suivent le cas) au rayon de la surface 2. Par contre, le rayon de la sur- face hi du bord 4 est inférieur(dans le cas où la surface 2 est convexe)ou supérieur (dans le cas ou la surface 2 est concave) au diamètre de cette surface , d'une certaine quantité y, par exemple de quelques dixièmes de millimètre pour une surface 2 de 50mm, de diamètre .
On voit, immédiatement, que la pièce comportant la surface 2 ne peut être engagée dans la garniture 1 ou in- versement que grâce à une déformation élastique de la lèvre qui prend la position représentée en traits mixtes le bord 4 venant en 4'. Naturellement la déformation 4-4' ne doit pas dépasser la limite d'élasticité du métal.
On voit que le bord 4 appuie par sa surface hi élastiquement sur la paroi 2 avec une force d'autant plus gran- de que la déformation élastique 4-4' lora du montage est plus
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grande .
Le bord 4 de la garniture forme un véritable tran- chant en i qui racle sur la surface 2, lors des déplacements longitudinaux.relatifs de cette surface par rapport à la calotte, assurant ainsi une étanchéité parfaite entre les deux pièces .
On voit, en outre, que la déformation 4-4' amène un dégagement entre la garniture et la paroi 2 (ab) en h'g'f'e. La profondeur z moyenne de ce dégagement et le ri- gidité de la lèvre doivent être suffisantes pour assurer un glissement très aisé aux plus fortes pressions d'utilisation c'est-à-dire que pour lea plus hautes pressions la lèvre ne doit pas être en contact avec la surface ab par la partie correspondant au dégagement ou au pis aller n'être en contact par cette partie qu'avec une pression très faible.
A noter que le dégagement de profondeur z pourra être augmenté, si on la désire/par un léger dégagement 3, au repos, à partir du talon de centrage, comme représenté à la figure 2. La profondeur z1 de ce dégagement peut être de l'ordre de quelques centièmes de millimètre ou plus .
Naturellement, les dimensions x,y,z,z des figures 1 et 2 sont considérablement grossies pour la clarté du dessind
A noter que le talon de la garniture pourrait ne pas venir de matière avec elle, mais être rapporté sur elle par vissage ou autrement ce qui permettrait de l'exécu- ter en tout autre métal, alliage ou matière plus adéquat. outre les oonditions de diamètre susindiquées l'ensemble doit répondre à d'autres conditions .
La lèvre doit être assez mince pour permettre la déformation élastique 4-4t précitée, son épaisseur, toute-
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fois, doit être suffisante pour permettre la résistance à la pression en ne maintenant le contact énergique qu'à pro- ximité de l'arête trandante i sur la faible hauteur ih (hauteur inférieure à 1 mm par exemple pour un diamètre in- férieur à 50mm). Par ailleurs, la hauteur ei de la lèvre doit être suffisante pour que, compte tenu de son épaisseur, le contact élastique du tranchant soit respecté à toutes les pressions d'utilisation.
Les métaux en présence doivent avoir des qualités de frottement appropriées pour éviter le grippage étant donné que le raclage expulse l'huile , Par ailleurs, le grain macrographique et la résistance mécanique du métal utilisé pour la garniture doivent permettre la taille d'un tranchant; on utilisera donc un métal suffisamment élastique, parfaitement homogène, à structure très compacte , La paroi comportant la surface 2 doit, de son coté, être constituée en un matériau à grain macrographi que très serré permettant un polissage parfait et suffisamment dur pour ne pas être rayé par le tranchant i de la garniture .
Pour une calotte 1 en bronze à haute résistance ( R > 50kgs, A > 10%), la dureté Brinnel-Vickera de la couche superficielle de la paroi 2 doit être supérieure à 200 , la sous-couche ayant une résistance suffisante pour résister aux efforts qui appliquent le bord 4 contre la paroi 2,, On peut, par exemple, utiliser une paroi en acier ou fente nitrurée, en acier chromé ou en acier cémenté .
Ces conditions réalisées, les avantages princi- paux du dispositif sont les suivants : le frottement est très réduit, surtout si on le compare à celui des presse-étoupe ou même des garnitures plas- tiques, utilisées habituellement, l'étanchéité à l'huile est assurée à des pres-
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sions très élevées, dépassant 1000 kgs par cm2, même après une immobilisation prolongée, lors de la remise en route, l'arrachement de la garniture 1 n'est pas à craindre, comme o'est le cas pour les garnitures en cacut' chouo , enfin l'usure infime qui se produit à la longue ne nuit pas à l'étanchéité car les diverses sections succes- sivea du bord 4 sont parallèles à i'h' et,
ne modifient donc pas l'angle [alpha] du tranchant .
A la figure 3, on a représenté une variante dans laquelle il est prévu des tranchants auxiliaires 4a-4b, dont la saillie par rapport à ab est de valeur décroissante de manière que tous ces tranchants portent élastiquement sur cette paroi après montage (voir la position en traits poin- tillés ) .
Quant à la figure 4, elle représente une garni- ture à deux lèvres symétriques, disposées de part et d'autre d'un talon central . Cette garniture est à double effet.
On va maintenant décrire, à titre d'exemple, quelques applications de la garniture,(calotte ,coupelle ou segment)selon l'invention.
Dans ltexemple de la figure 5, une soupape 5 est appliquée sur son siège 6 au moyen d'un ressort 7. Afin dtassurer l'étanchéité parfaite entre les deux capacités 8 et 9 séparées par la soupape 5, une garniture 1 vissée ou fixée de toute façon quelconque sur le siège 6 présente une lèvre circulaire effilée, élastique, dégagée au-dessus du talon et dont le bord libre 4 formant tranchant, a . avant montage, un diamètre inférieur à celui de la partie cylindri- que 12 du corps de la soupape . Il en résulte que lorsque la soupape 5 et la garniture 1 seront mises en place dans la position de la figure 5, le tranchant 4 de la garniture 1 s'appliquera étroitement contre le corps de la soupape: on @
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assurera ainsi une étanchéité parfaite de la soupape .
La lèvre de la garniture sera dirigée, de préférence, vers celle des deux capacités 8 et 9, dans laquelle la pression est la plus élevée, de façon que cette pression en agissant sur la lèvre contribue encore à augmenter l'étanchéité .
Dans l'exemple de la figure 6, il s'agit de réali- ser une liaison étanche entre deux conduits 13 et 14 réunis entre eux par une rotule 15. A cet effet, une garniture 1 formant corps avec le conduit 4 ou rapportée sur ce conduit est pourvue d'une lèvre circulaire effilée, élastique, dont le bord libre 4 formant tranchant a ,avant montage, un dia- mètre inférieur à celui de la rotule 15. Un écrou 16 vissé sur la pièce 14-1- maintient les différentes pièces assem- blées .
S'il s'agit, par exemple, de maintenir le vide dans les conduits: 13 et 14 , un orifice 17 ménagé dans l'écrou 16 permettra à l'air extérieur d'entrer dans le compartiment 18, formé à l'intérieur de l'écrou, et la pression atmosphé- rique agissant sur la lèvre de la garniture 1 appliquera énergiquement le bord 4 de cette lèvre contre la rotule 15,
Dans l'exemple de la figure 7, un piston 19 pour- vu d'une tige 20 peut se déplacer dans un cylindre 21.
Une garniture métallique 1 fixée sur la tige 80 est pourvue d'une lèvre circulaire élastique effilée dont le bord libre 4 for- mant tranchant a, avant montage, un diamètre supérieur au diamètre de la face interne du cylindre 21. sur la tige 20 est montée une deuxième garniture métallique la pourvue d'un tranchant 4a appuyant élastiquement dans le cylindre et d'une queue centrale 22 butant sur un épaulement 23 de la tige 20.
Un fluide introduit par une valve 24 et par des conduits 25, 26 et 27 de la tige 20 remplit l'espace 28 situé entre les garnitures 1 et 1a,le cylindre 21 et la tige 20. Comme les
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tranchants 4 et 4a ont normalement un diamètre plus grand que celui du cylindre 21, il en résulte que ces tranchants sont toujours appliqués étroitement contre la surface interne du cylindre et assurent une étanchéité parfaite entre le piston et le cylindre .
Dans l'exemple de 1 figure 8, on retrouve le pis- ton 19, pourvu d'une tige 20 et déplaçable dans le cylindre 21, mais dans ce cas une garniture métallique 1 est fixée au cylindre 21 et est pourvue d'un bord 4 ayant, avant montage, un diamètre inférieur au diamètre de la tige 20. Dans le cylindre 5 est logée entre un épaulement 29 de ce cylindre et un talon 30 de la garniture 1 une autre garniture 1 soli- daire du cylindre dont le tranchant 4 a également, avant montage, un diamètre inférieur au diamètre de la tige 20. Un fluide introduit par la valve 24 remplit l'espace compris entre les garnitures 1 et 1a, le cylindre 21 et la tige 20.
La différence entre les diamètres des tranchants 4 et 4a et le diamètre de la tige 20 assure une étanchéité parfaite entre la tige du piston et le cylindre .
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution et aux applications décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple ; elle s'appli que à tous les appareils utilisant des garnitures racleuses s'appliquant con- tre une surface cylindrique concave ou convexe.
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