Bague d'étanchéité déformable élastiquement La présente invention a pour objet une bague d'étanchéité dé:formable élastiquement, caractérisée par une section transversale de forme générale rec tangulaire, ayant deux faces opposées de pression statique et une face de contact glissant sous pression s'étendant d'une des faces de pression statique à l'autre,
chaque face de pression statique présentant une languette d'angle commune avec ladite face de contact glissant qui présente un double évidement entre les languettes d'angle et lesdites faces de pres sion statique, lesquelles présentent des gorges peu profondes adjacentes aux languettes d'angle et des parties plus larges et donc relativement moins défor- mables servant d'amortisseurs, adjacentes auxdites gorges,
chacune de ces parties formant amortisseur présentant une surface de pression statique de sorte qu'elles sont comprimées en se rapprochant pen dant l'utilisation sans que les languettes d'angle s'écrasent en perdant leurs propriétés d'étanchéifi- cation.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la bague d'étanchéité fai sant l'objet de l'invention, ainsi que des variantes.
La fig. 1 est une vue en plan de ladite forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe analogue à celle de la fig. 2, d'une variante.
La fig. 4 est une autre variante.
La fig. 5 est une vue en plan d'un segment de bague d'une variante de la fig. 1.
La fig. 6 est une coupe agrandie suivant la ligne 6-6 de la fig. 5.
La bague d'étanchéité représentée à la fig. 1 est désignée dans son ensemble par la référence 10, et elle est réalisée en caoutchouc synthétique, matériau élastique et susceptible de se déformer entre cer taines limites, en vue d'entretenir une étanchéité efficace tant sous les pressions élevées que sous les pressions faibles.
La bague d'étanchéité 10 comporte un corps qui, vu en coupe, est massif et de forme générale rec- tangulaire (fg. 2, 3, 4 et 6), ce qui réduit au mini mum la déformation naturelle qui se produit en cours d'usage.
On a remarqué que les bagues tori ques connues, de section circulaire, ont tendance à s'aplatir et à se tordre pour donner des coins dans des conditions limites de pression, et elles subissent une déformation permanente sous compression.
La bague 10 présente des faces contiguës, dont chacune est conçue pour être ou rester sous pres sion et pour assurer l'étanchéité surtout à l'endroit des coins. Ces coins sont soutenus par une structure intermédiaire qui, dans la plupart des cas, est en forme de bosse, et ils ont un rôle protecteur d'amor- tiss:
ement et de façon accessoire assurent l'étanchéité, et les positions intermédiaires délimitent des gorges ou auges peu profondes capables de contenir des lu- brifiants et qui ont tendance à se fermer sous pres sion.
En aucun cas, cependant, les dimensions de ces gorges ou auges ne sont telles qu'elles permet tent l'écrasement des coins. Le rôle de ces coins est un rôle d'étanchéification et, à cette fin, ces coins sont maintenus minces et flexibles.
Si le rôle de la structure en forme de bosse est avant tout d7amor- tir en vue de protéger les coins contre l'écrasement et l'extrusion, la partie en forme de bosse est assez épaisse et résistante. Si son rôle est avant tout d'ai der les coins à assurer l'étanchéité, la partie en forme de bosse peut alors être moins épaisse et moins ré sistante et, dans certains cas,
cette partie peut être aplatie au point de disparaître presque compi ment, étant bien entendu que l'évidement qu'elle forme est plus large mais n'a pas une profondeur suffisante pour que les coins puissent se plier ou s'écraser. Tenant compte de ce qui précède, on peut donner à la bague 10 des faces contiguës de deux types différents, comme indiqué sur la fig. 2, l'une des faces étant une face de contact glissant sous pression 11, et l'autre étant une face 12 de pression statique.
Ces deux faces 11 et 12 sont inclinées l'une par rapport à l'autre et sont en général à 900, mais on pourrait également avoir le cas où ces faces ne sont pas perpendiculaires. La face de pression sta tique 12 est soumise à une force de compression pure pendant l'emploi, la bague étant portée de façon connue par un élément (non représenté) contre lequel elle appuie.
La face 11 de contact glissant sous pression est conçue de façon à exercer une pression sur une surface mobile (non représentée) et elle est soumise non seulement à une force de com pression mais encore à des forces de frottement et à des forces combinées dues à la distorsion de l'en semble de la bague d'étanchéité.
La face de contact glissant sous pression 11 comporte sur les coins deux languettes 13 d'étan chéité, étroites et souples et qui se terminent vers l'extérieur par des becs 14 comme représenté. Cha cun des becs 14 présente des côtés 15 qui peuvent diverger légèrement vers l'arrière, afin d'assurer que l'extrémité avant ait la souplesse voulue sans briser les parties restantes de la languette.
Il est avantageux d'arrêter cette divergence aux points 16, qui délimitent des renflements ou talons, comme représenté. Les côtés divergents 15 forment un angle tel que les points 16 ne viennent jamais en contact avec une surface à rendre étanche tant que le côté 15 tout entier n'est pas venu en contact avec cette surface. On empêche ainsi les fuites, malgré le faible frottement.
Dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 1, la face de contact 11 com porte également une partie en forme de bosse, telle que la nervure 17, située entre les languettes 13 d'étanchéité situées aux coins, et qui délimite avec ces languettes deux gorges intermédiaires 18 de fai ble profondeur qui sont conçues pour retenir le fluide lubrifiant, sans constituer un évidement trop prononcé susceptible d'affaiblir le corps de la ba gue.
La nervure 17 présente un bec 19 qui peut, de façon avantageuse, avoir la même courbure dans sa partie la plus extérieure que les becs 14 des lan guettes d'étanchéité 13 situées aux coins. La nervure 17 se trouve légèrement en deçà d'une ligne passant par les parties les plus extérieures des languettes d'étanchéité situées aux coins, de façon qu'en cours d'utilisation la nervure ne donne pas une résistance de frottement tant que les languettes souples ne sont pas suffisamment déformées pour amener le bec 19 de la nervure 17 en contact avec une surface glis sante.
Une fois la bague montée entre des surfaces à rendre étanche, on déforme légèrement les lan guettes 13 afin d'assurer un bon contact en l'absence de toute pression ou sous de faibles pressions. Le frottement est très faible en raison du contact limité et des faibles surfaces des parties 14 en forme de bec. Si la bague continue à se déformer sous l'effet d'un écrasement diamétral quand les pressions aug mentent, la nervure 17 commence à rejoindre les languettes 13 en venant au contact d'une surface à rendre étanche, et elle exerce de plus en plus sa force antagoniste, mais cependant la surface totale de la face de contact sous pression de la bague n'est pas anormalement augmentée.
Chaque face 12 comporte également deux lan guettes souples 13 disposées aux coins. Etant donné que la face 11, dans cette forme d'exécution, est située entre les deux faces 12, ces dernières ont cha cune une languette 13 en commun avec la face 11. Etant donné que la bague d'étanchéité décrite peut être utilisée aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur d'une pièce mobile, par exemple à l'extérieur d'un piston ou à l'intérieur d'un cylindre (non représenté), il est avantageux de doubler le nombre des éléments de la face 11 de même que des éléments des faces 12. De la sorte, l'étanchéité est la même dans le cas de la fig. 2, que la face 11 fonctionne à gauche ou à droite de la figure.
D'autre part, la face 12 comporte les languettes d'étanchéité 13 disposées aux coins, et un élément amortisseur 20 plus grand et plus rigide. Cet élé ment amortisseur 20 peut être formé dans une sur face plate 21 située dans un plan dans lequel se trouvent les becs 14 des languettes 13, ou légère ment en dehors de ce plan. Une gorge 22 peu pro fonde est ménagée entre l'élément 20 et chacune des languettes 13, afin de permettre à ces dernières de se plier facilement afin qu'elles assurent une bonne étanchéité sous la pression du fluide.
Quand on exerce une pression statique sur l'élément 20, des forces de déformation sont transmises dans tout le corps de la bague et les languettes 13 ont tendance à faire saillie vers l'extérieur latéralement, ce qui augmente l'étanchéité par frottement entre la bague et la surface de contact glissant. En aucun cas ce pendant la bague n'est écrasée ni les languettes 13 ne se déforment au point de laisser fuir le fluide. L'élément amortisseur 20 d'une face 12 a pour rôle de transmettre la force d'étanchéité aux languettes 13 correspondant à la face opposée 12.
Dans des conditions d'étanchéité dynamiques, lorsque la sur face mobile inverse son sens de déplacement, le se cond élément amortisseur prend la suite, et pro tège ses propres languettes 13, en transmettant la force d'étanchéité aux languettes opposées. Etant donné qu'il n'y a pas de gorges ou évidements pro fonds, la bague 10 ne s'écrase ni ne se tord en cours d'utilisation.
Dans certains cas, il peut être avantageux d'aug menter la souplesse des languettes 13 et des nervu res 17 pour conférer, par exemple, de meilleures propriétés d'étanchéité aux pressions très faibles, tout en conservant l'étanchéité qui agit efficacement aux pressions élevées. A cette fin, la vue en coupe peut prendre l'aspect représenté sur la fig. 3, sur laquelle le bec 23 des languettes 13 et les becs 24 de la nervure 17 ont été rendus plus pointus par dimi nution du rayon de- courbure, comme représenté.
Les éléments amortisseurs 20 et les gorges peu pro fondes 18 et 22 conservent toutefois leurs propriétés, et l'effet d'étanchéité sans écrasement ni pliage, tel que signalé plus haut, est conservé dans cette forme d'exécution.
Sur la fig. 4, la face de pression statique 12 est la même que celle de la fig. 2, mais la face de con tact glissant sous pression est modifiée, comme indi qué en 25. Ainsi, la nervure est supprimée et rem placée par un enfoncement 26 large et peu pro fond quia pour rôle de retenir le lubrifiant, mais qui n'est pas assez profond pour que la bague puisse s'écraser sous des pressions élevées. On remarquera que la forme générale de la vue en coupe est encore rectangulaire, et que le corps de bague a encore une grande surface en coupe, pour pouvoir résister à la déformation.
Dans la variante des fig. 5 et 6, les faces de con tact glissant sous pression 27 correspondent aux faces 11 de la forme d'exécution décrite, et la face de pression statique 28 est conforme à celle de cette forme d'exécution. Toutefois, l'ensemble est décalé de 90o, et les amortisseurs 29 et 30 se trouvent res pectivement sur la circonférence extérieure et la cir conférence intérieure du segment de bague 31, comme représenté sur la fig. 5.
Les faces de contact glissant sous pression 27, comme représenté sur la fig. 6, se trouvent alors dans des plans parallèles sur les côtés de la bague et sont spécialement conçues pour servir avec des plaques ou soupapes tournantes ou glissantes, le déplacement se produisant sur la face plate de la bague plutôt que sur sa circonfé rence extérieure ou sa circonférence intérieure. Les amortisseurs 29 et 30 servent, comme indiqué pré cédemment, à transmettre la force et à empêcher les languettes 32 de se plier ou de s'écraser.
Etant donné que la bague d'étanchéité décrite ne se déforme pas anormalement sous pression, la force minimum de frottement avec arrachement nécessaire pour amorcer le déplacement de la bague sur une surface glissante demeure pratiquement constante dans toute une gamme de pressions comme le prouve le tableau suivant.
EMI0003.0015
Forme <SEP> minimum
<tb> Force <SEP> minimum <SEP> (en <SEP> kg)
<tb> Pression <SEP> (en <SEP> kg) <SEP> dans <SEP> le <SEP> cas <SEP> d'une <SEP> bague
<tb> statique <SEP> dans <SEP> le <SEP> cas <SEP> d'une <SEP> bague <SEP> d'étanchéité <SEP> du <SEP> type
<tb> (en <SEP> kglcm-) <SEP> d'étanchéité <SEP> classique <SEP> amortisseur
<tb> 0 <SEP> 5,9 <SEP> 4,9
<tb> 7 <SEP> 6,8 <SEP> 5,35
<tb> 14 <SEP> 7,7 <SEP> 6,35
<tb> 21 <SEP> 9,05 <SEP> 7,25
<tb> 28 <SEP> 10,4 <SEP> 9
<tb> 35 <SEP> 11,7 <SEP> 9
<tb> 42 <SEP> 12,15 <SEP> 9
<tb> 49 <SEP> 12,60 <SEP> 9
<tb> 56 <SEP> 13 <SEP> 9
<tb> 63 <SEP> 13,45 <SEP> 9
<tb> 70 <SEP> 13,90 <SEP> 9 A titre comparatif, ce tableau indique les forces limites de frottement avec arrachement pour les meil leures bagues d'étanchéité de la technique antérieure,
pour lesquelles la déformation et la souplesse ne sont pas réglées comme dans le cas de la bague décrite.
En raison du faible degré de déformation dans le cas de la présente invention, la déformation per manente sous la compression est un problème moins important, et par suite on peut utiliser un caout chouc plus dur. Un tel caoutchouc à son tour ré duit au minimum le frottement et par conséquent renforce les avantages résultant de la languette dis posée en un coin et de la bosse intermédiaire.
On remarquera que dans toutes les formes d'exé cution décrites ci-dessus, on fait appel à des lan guettes souples disposées aux coins, à des parties en bosse et à des gorges intermédiaires peu profondes destinées à retenir le lubrifiant. Il faut bien com prendre toutefois que si la bague selon l'invention a été décrite en ce qui concerne le rôle qu'elle joue dans un déplacement dynamique (alternatif et tour nant),
cette bague joue encore parfaitement son rôle sans modification dans le cas de joints purement statiques entre des éléments servant à retenir le fluide. Avec de tels joints statiques, les languettes souples situées aux coins et l'empêchement du pliage ou de l'écrasement sont des facteurs importants, mais dans ce cas on ne fait plus la distinction entre sur faces de contact glissant sous pression et surfaces de pression statiques.
Elastically Deformable Sealing Ring The present invention relates to an elastically deformable sealing ring, characterized by a cross section of generally rec tangular shape, having two opposite faces of static pressure and a sliding contact face under pressure s' extending from one of the static pressure faces to the other,
each static pressure face having a corner tab common with said sliding contact face which has a double recess between the corner tabs and said static pressure faces, which have shallow grooves adjacent to the corner tabs and wider and therefore relatively less deformable parts serving as shock absorbers, adjacent to said grooves,
each of these damper parts having a static pressure surface such that they are compressed together during use without the corner tabs collapsing in losing their sealing properties.
The appended drawing shows, by way of example, an embodiment of the sealing ring forming the subject of the invention, as well as variants.
Fig. 1 is a plan view of said embodiment.
Fig. 2 is a section on a larger scale taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a section similar to that of FIG. 2, of a variant.
Fig. 4 is another variant.
Fig. 5 is a plan view of a ring segment of a variant of FIG. 1.
Fig. 6 is an enlarged section taken on line 6-6 of FIG. 5.
The sealing ring shown in fig. 1 is designated as a whole by the reference 10, and it is made of synthetic rubber, an elastic material capable of deforming between certain limits, with a view to maintaining an effective seal both under high pressures and under low pressures.
The sealing ring 10 comprises a body which, seen in section, is solid and of generally rectangular shape (fig. 2, 3, 4 and 6), which minimizes the natural deformation which occurs during the process. of use.
It has been noticed that the known O-rings, of circular cross-section, tend to flatten and twist to give wedges under limiting conditions of pressure, and they undergo permanent deformation under compression.
The ring 10 has contiguous faces, each of which is designed to be or to remain under pressure and to ensure the seal especially at the location of the corners. These wedges are supported by an intermediate structure which, in most cases, is in the shape of a bump, and they have a protective role of damping:
ement and in an accessory manner ensure the tightness, and the intermediate positions delimit shallow grooves or troughs capable of containing lubricants and which tend to close under pressure.
In no case, however, are the dimensions of these grooves or troughs such as to allow the corners to be crushed. The role of these wedges is a sealing role and, for this purpose, these wedges are kept thin and flexible.
If the role of the hump-shaped structure is first of all to dampen in order to protect the corners against crushing and extrusion, the hump-shaped part is quite thick and strong. If its role is above all to help the corners to ensure waterproofing, the bump-shaped part can then be thinner and less resistant and, in certain cases,
this part can be flattened to the point of almost disappearing completely, it being understood that the recess which it forms is wider but does not have a sufficient depth for the corners to bend or crush. Taking the above into account, the ring 10 can be given contiguous faces of two different types, as shown in FIG. 2, one of the faces being a sliding contact face under pressure 11, and the other being a face 12 of static pressure.
These two faces 11 and 12 are inclined with respect to one another and are generally at 900, but it could also be the case where these faces are not perpendicular. The static pressure face 12 is subjected to a pure compressive force during use, the ring being carried in known manner by an element (not shown) against which it bears.
The sliding pressure contact face 11 is designed to exert pressure on a movable surface (not shown) and is subjected not only to a compressive force but also to frictional forces and to combined forces due to pressure. distortion of the sealing ring assembly.
The sliding contact face under pressure 11 comprises on the corners two sealing tongues 13, narrow and flexible and which terminate outwardly with spouts 14 as shown. Each of the nozzles 14 has sides 15 which may diverge slightly towards the rear, in order to ensure that the front end has the desired flexibility without breaking the remaining parts of the tongue.
It is advantageous to stop this divergence at points 16, which delimit bulges or heels, as shown. The divergent sides 15 form an angle such that the points 16 never come into contact with a surface to be sealed until the entire side 15 has come into contact with that surface. This prevents leaks, despite the low friction.
In the embodiment shown in FIG. 1, the contact face 11 also carries a part in the form of a bump, such as the rib 17, located between the sealing tongues 13 located at the corners, and which defines with these tongues two intermediate grooves 18 of shallow depth which are designed to retain the lubricating fluid, without forming too pronounced a recess that could weaken the body of the bath.
The rib 17 has a spout 19 which can advantageously have the same curvature in its outermost part as the spouts 14 of the sealing strips 13 located at the corners. The rib 17 sits slightly below a line passing through the outermost portions of the sealing tabs at the corners, so that in use the rib does not provide frictional resistance as long as the tabs flexible are not sufficiently deformed to bring the spout 19 of the rib 17 into contact with a sliding surface.
Once the ring is mounted between the surfaces to be sealed, the lan guettes 13 are slightly deformed in order to ensure good contact in the absence of any pressure or at low pressures. The friction is very low due to the limited contact and the small surfaces of the beak-shaped parts 14. If the ring continues to deform under the effect of a diametral crushing when the pressures increase, the rib 17 begins to join the tabs 13 by coming into contact with a surface to be sealed, and it exerts more and more its antagonistic force, but however the total surface area of the pressurized contact face of the ring is not abnormally increased.
Each face 12 also comprises two flexible guettes 13 arranged at the corners. Since the face 11, in this embodiment, is located between the two faces 12, the latter each have a tongue 13 in common with the face 11. Since the described sealing ring can also be used. well outside than inside a moving part, for example outside a piston or inside a cylinder (not shown), it is advantageous to double the number of elements of the face 11 as well as elements of the faces 12. In this way, the seal is the same in the case of FIG. 2, whether the face 11 operates on the left or on the right of the figure.
On the other hand, the face 12 comprises the sealing tongues 13 arranged at the corners, and a larger and more rigid damping element 20. This damping element 20 may be formed in a flat surface 21 situated in a plane in which the beaks 14 of the tongues 13 are located, or slightly outside this plane. A shallow groove 22 is formed between the element 20 and each of the tabs 13, in order to allow the latter to bend easily so that they provide a good seal under the pressure of the fluid.
When static pressure is exerted on the element 20, deformation forces are transmitted throughout the body of the ring and the tabs 13 tend to protrude outward laterally, which increases the frictional seal between the ring. ring and sliding contact surface. In any case during this the ring is not crushed nor the tongues 13 are deformed to the point of letting the fluid escape. The damping element 20 of a face 12 has the role of transmitting the sealing force to the tongues 13 corresponding to the opposite face 12.
Under dynamic sealing conditions, when the moving surface reverses its direction of movement, the second damping element takes over, and protects its own tabs 13, transmitting the sealing force to the opposing tabs. Since there are no deep grooves or recesses, the ring 10 does not squash or twist during use.
In certain cases, it may be advantageous to increase the flexibility of the tongues 13 and the ribs 17 to confer, for example, better sealing properties at very low pressures, while maintaining the seal which acts effectively at pressures. high. To this end, the sectional view can take the appearance shown in FIG. 3, on which the nose 23 of the tongues 13 and the noses 24 of the rib 17 have been made sharper by reducing the radius of curvature, as shown.
The damping elements 20 and the shallow grooves 18 and 22 however retain their properties, and the sealing effect without crushing or bending, as indicated above, is retained in this embodiment.
In fig. 4, the static pressure face 12 is the same as that of FIG. 2, but the sliding contact face under pressure is modified, as indicated in 25. Thus, the rib is removed and replaced by a large and shallow indentation 26 which has the role of retaining the lubricant, but which does not. is not deep enough for the ring to be crushed under high pressure. It will be noted that the general shape of the sectional view is still rectangular, and that the ring body still has a large sectional surface, in order to be able to resist deformation.
In the variant of FIGS. 5 and 6, the sliding pressure contact faces 27 correspond to the faces 11 of the embodiment described, and the static pressure face 28 conforms to that of this embodiment. However, the assembly is offset by 90o, and the shock absorbers 29 and 30 are located respectively on the outer circumference and the inner circle of the ring segment 31, as shown in FIG. 5.
The contact faces sliding under pressure 27, as shown in FIG. 6, then lie in parallel planes on the sides of the ring and are specially designed for use with rotating or sliding plates or valves, the displacement occurring on the flat face of the ring rather than on its outer circumference or inner circumference. The shock absorbers 29 and 30 serve, as indicated above, to transmit force and to prevent the tabs 32 from bending or crashing.
Since the described seal ring does not deform abnormally under pressure, the minimum pull-out frictional force necessary to initiate movement of the ring on a slippery surface remains virtually constant over a range of pressures as shown in the table. following.
EMI0003.0015
Minimum <SEP> form
<tb> Force <SEP> minimum <SEP> (in <SEP> kg)
<tb> Pressure <SEP> (in <SEP> kg) <SEP> in <SEP> the <SEP> case <SEP> of a <SEP> ring
<tb> static <SEP> in <SEP> the <SEP> case <SEP> of a <SEP> sealing ring <SEP> <SEP> of the <SEP> type
<tb> (in <SEP> kglcm-) <SEP> sealing <SEP> classic <SEP> shock absorber
<tb> 0 <SEP> 5.9 <SEP> 4.9
<tb> 7 <SEP> 6.8 <SEP> 5.35
<tb> 14 <SEP> 7.7 <SEP> 6.35
<tb> 21 <SEP> 9.05 <SEP> 7.25
<tb> 28 <SEP> 10.4 <SEP> 9
<tb> 35 <SEP> 11.7 <SEP> 9
<tb> 42 <SEP> 12.15 <SEP> 9
<tb> 49 <SEP> 12.60 <SEP> 9
<tb> 56 <SEP> 13 <SEP> 9
<tb> 63 <SEP> 13.45 <SEP> 9
<tb> 70 <SEP> 13.90 <SEP> 9 By way of comparison, this table indicates the limiting frictional forces with pull-out for the best sealing rings of the prior art,
for which the deformation and flexibility are not adjusted as in the case of the described ring.
Due to the low degree of deformation in the case of the present invention, permanent deformation under compression is less of a problem, and therefore harder rubber can be used. Such rubber in turn minimizes friction and therefore enhances the advantages resulting from the tongue placed at a wedge and the intermediate hump.
It will be noted that in all the embodiments described above, use is made of flexible tabs arranged at the corners, of the humped parts and of shallow intermediate grooves intended to retain the lubricant. It should be understood, however, that if the ring according to the invention has been described with regard to the role it plays in dynamic displacement (reciprocating and rotating),
this ring still plays its role perfectly without modification in the case of purely static joints between elements serving to retain the fluid. With such gaskets, the flexible tabs at the corners and the prevention of bending or crushing are important factors, but in this case the distinction is no longer made between contact faces sliding under pressure and pressure surfaces. static.