FR2735202A1 - Dispositif d'etancheite, circuit hydraulique de freinage comportant un tel dispositif et procede de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d'etancheite, circuit hydraulique de freinage comportant un tel dispositif et procede de fabrication d'un tel dispositif Download PDF

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Abstract

La présente invention se rapporte principalement à un dispositif d'étanchéité pour pièces montées à translation, notamment pour piston cylindre ou tige montée à translation dans un alésage, à un circuit hydraulique de commande de freinage, notamment de véhicule automobile comportant un tel dispositif, et au procédé de réalisation d'un tel dispositif. Selon l'invention, la mise en oeuvre d'une gorge de réception du joint ménagé dans une première pièce, comporte au moins un flanc incliné par rapport à la normale à la surface de la seconde pièce balayée par le joint, de manière à réduire la surface de contact entre le joint et la surface balayée. La présente invention s'applique notamment à toute industrie mettant en oeuvre les circuits hydrauliques comportant des pièces mâles montées à translation dans des alésages. La présente invention s'applique principalement à l'industrie aéronautique et à l'industrie automobile, notamment pour la réalisation de circuits de commande hydraulique, notamment de circuit de freinage.

Description

DISPOSITIF D'ETANCHEITE, CIRCUIT HYDRAULIQUE DE FREINAGE
COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF ET PROCEDE DE FABRICATION
D'UN TEL DISPOSITIF
La présente invention se rapporte principalement à un dispositif d'étanchéité pour pièces montées à translation, notamment pour piston cylindre ou tige montée à translation dans un alésage, à un circuit hydraulique de commande de freinage, notamment de véhicule automobile comportant un tel dispositif, et au procédé de réalisation d'un tel dispositif.
II est habituel d'assurer l'étanchéité entre un piston et un cylindre par un joint torique disposé dans une gorge à section rectangulaire ménagée sur la jupe du cylindre. Les frottements du joint sur les cylindres risquent de provoquer son usure prématurée et/ou de gêner la translation du piston.
Des formes complexes du joint et/ou la mise en oeuvre de caoutchouc à faible coefficient de frottement permettent de diminuer de manière sensible les frottements, mais augmentent le prix de revient du joint dans des proportions rendant prohibitifs la mise en oeuvre de ces solutions dans de nombreuses applications.
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif d'étanchéité entre pièces montées à translation présentant de faibles forces de frottement s'opposant à la translation relative des deux pièces.
C'est également un but de la présente invention d'offrir un tel dispositif assurant une étanchéité poussée avec une grande fiabilité.
C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un tel dispositif présentant un faible prix de revient.
Ces buts sont atteints selon l'invention par la mise en oeuvre d'une gorge de réception du joint ménagé dans une première pièce, comportant au moins un flanc incliné par rapport à la normale à la surface de la seconde pièce balayée par le joint, de manière à réduire la surface de contact entre le joint et la surface balayée.
L'invention a principalement pour objet un dispositif d'étanchéité pour circuit de fluide comprenant une pièce mâle montée à translation dans une pièce femelle comportant au moins un joint disposé dans une gorge, caractérisé en ce que la gorge ménagée dans une première desdites pièces mâle ou femelle est délimitée par au moins une paroi formant un angle aigu a avec une surface de cette première pièce, d'appui sûr et de guidage en translation par rapport à cette seconde pièce.
L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que le joint est un joint torique.
L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que la pièce mâle est une tige.
L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que la pièce mâle est un piston et en ce que la pièce femelle est un cylindre.
L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que la gorge de réception du joint est ménagée dans la pièce mâle.
L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce qu'elle comporte deux parois annulaires, chacune formant un angle aigu al et a2 avec une surface de la pièce portant la gorge d'appui sûr et de guidage en translation par rapport à la seconde pièce, la gorge ayant en coupe longitudinale de cette pièce la forme en queue d'aronde.
L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce qu'au moins une des parois annulaires formant les flancs de la gorge est formée par une bague rapportée sur la pièce mâle.
L'invention a également pour objet un circuit de freinage de véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'invention.
L'invention a également pour objet un procédé d'usinage de gorge de réception d'un joint, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à:
a) mettre en rotation autour d'un axe une pièce;
b) incliner un outil d'usinage comportant une extrémité et deux faces parallèles, de manière à ce que l'extrémité soit parallèle à la surface externe de la pièce et à ce que les faces parallèles de l'outil forment un angle a avec la normale à la surface de la pièce;
c) avancer l'outil selon une direction parallèle aux faces parallèles de l'outil
d) retirer l'outil de la gorge formée;
e) disposer un joint annulaire dans la gorge.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à:
- fabriquer un piston
- monter et immobiliser axialement au moins une bague formant au moins un des flancs d'une gorge de réception d'un joint.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs et sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe d'un joint torique logé dans une gorge de type connu et soumis à une forte différence de pression;
- la figure 2 est une vue analogue illustrant le comportement du joint torique logé dans une gorge selon la présente invention;
- la figure 3 comporte deux vues en coupe longitudinales d'une première configuration de gorge selon l'invention;
- la figure 4 comporte deux vues en coupe longitudinales d'une deuxième configuration de gorge selon l'invention;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième configuration de gorge selon l'invention;
- la figure 6 comporte trois vues de côté illustrant la réalisation d'une gorge selon la présente invention;;
- la figure 7 comporte trois vues en coupe illustrant un deuxième mode de réalisation de gorge selon la présente invention;
- la figure 8 est une vue en coupe illustrant un troisième mode de réalisation de gorge selon la présente invention.
Sur les figures 1 à 8, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments.
Sur la figure 1, on peut voir un joint torique 1 comprimé entre un fond 3 d'une gorge annulaire 5 ayant une section sensiblement rectangulaire, ménagée dans un piston 7 et un alésage 9 d'un cylindre 11, alésage dans lequel le piston 7 est monté à translation comme symbolisé par la flèche 13. Un premier fluide exerce sur un premier côté du joint 1 une pression P1 et un second fluide, qui peut être de même nature que le premier fluide, exerce, sur un second côté du joint 1, une pression P2 inférieure à P1.
La différence de pression AP déforme le joint 1 qui épouse la forme d'une paroi radiale 15 formant sur la figure 1 le flanc gauche de la gorge 5 et établit une zone de contact 17 avec l'alésage 9 avec une amorce de fluage 19 dans un espace annulaire 21 entre le piston 7 et le cylindre 11. Les forces de frottement au niveau de la zone de contact 17 freinent les translations alternatives 13 du piston 7 dans le cylindre 6 et risquent de provoquer l'usure rapide du joint 1 qui ne pourrait plus assurer l'étanchéité dans l'espace annulaire 21 entre le piston 7 et le cylindre 11.
Sur la figure 2, on peut voir un joint torique 1 analogue au joint de la figure 1, disposé dans une gorge annulaire 23 dont au moins un des flancs 25 ou 27 (25 dans le cas de la figure 2) présente en coupe longitudinale du piston 29 un angle aigu a entre la paroi formant le flanc 25 de la gorge 23 et la jupe 31 du piston 29, de manière à former un surplomb 33 dans la gorge annulaire 23.La différence de pression AP déforme le joint 1 qui épouse la forme de la paroi 25 formant sur la figure 2 le flanc gauche de la gorge 25. 11 en résulte une réaction 35 ayant une première composante 37 dirigée vers l'axe du piston 29 plaquant le joint 1 au fond 39 de la gorge 23 et par suite diminuant l'étendue de la zone de contact 41 avec l'alésage 9 du cylindre 11 et une composante 43 dirigée, parallèlement à l'alésage 9, en direction de la paroi 27 formant le flanc opposé au flanc 25. Les frottements s'opposant au mouvement 13 de translation du piston 29 selon l'invention dans le cylindre 11 ont été diminués grâce à la réduction de la surface de la zone de contact 41 d'appui du joint 1 sur l'alésage 9 du cylindre 11. De plus, l'amorce de fluage 45 du joint 1 de la figure 2 est moins importante que l'amorce 19 de la figure 1.
Dans l'exemple de la figure 2, les parois 25 et 27 sont parallèles, ce qui, comme il sera expliqué en référence à la figure 6, facilite l'usinage de la gorge. Toutefois, la paroi 27 formant, sur la figure 2, le flanc droit de la gorge 23, aurait tendance à expulser le joint 1 de la gorge 23 dans le cas où la pression P2 serait supérieure à la pression P1, ce qui est bien entendu contraire au but recherché par la présente invention.
Dans l'exemple de la figure 2, le tore formant le joint 1 a un diamètre égal à 1,8 mm, le joint est réalisé en EPDM (type d'élastomère) ayant une dureté de 70 Shore A, la gorge 23 a une profondeur égale 1,5 mm,
L'angle a étant égal à 30 .
La déformation du joint illustré correspond à une différence de pression AP égale à P1 - P2 107 Pa.
II est à noter que les forces de frottement dépendent des fluides mis en oeuvre et notamment de leur action en tant que lubrifiant entre l'alésage 9 et le joint 1.
Sur les figures 3 à 5, on a illustré les diverses configurations de la gorge 23 en fonction de la valeur de AP.
La figure 3 correspond au cas où P1 est toujours supérieur à
P2. La paroi 25 formant sur la figure 3 le flanc gauche de la gorge 23 fait un angle aigu al avec la jupe 31 du piston 29. Au contraire, la paroi 27 formant sur la figure 3 le flanc droit de la gorge 23 fait un angle obtus a2 avec la jupe 31 du piston 29.
La figure 3b correspond au cas où la pression P2 régnant sur la gauche de la figure est supérieure à la pression P1 régnant sur le côté droit de la figure. Dans ce cas, le flanc gauche 25 forme un angle obtus al avec la jupe 31 du piston 29 alors que le flanc droit 27 forme un angle a2 aigu avec la jupe 31 du piston 29.
L'exemple de réalisation illustré sur la figure 4 comporte une gorge annulaire munie d'un flanc formant un surplomb, le flanc opposé formant une paroi radiale; la gorge 23 de la figure 4 est plus difficile à mouler ou à usiner. Dans l'exemple illustré sur la figure 4a, la pression P1 régnant sur le côté droit de la figure est supérieure à la pression P2 régnant sur le côté gauche de la figure. Dans ce cas, le flanc 25 de la gorge 23 forme un angle aigu al avec la jupe 31 du piston 29; le flanc droit 27 de la gorge 23 forme un angle droit a2 avec la jupe 31 du piston 29.
Sur la figure 4b, on peut voir un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention optimisé pour le cas où la pression P2 régnant sur le côté gauche de la figure est supérieure à la pression P1 régnant sur le côté droit de la figure. Dans ce cas, le flanc gauche 25 de la gorge 23 forme un angle droit al avec la jupe 31 du piston 29 alors que le flanc droit 27 de la gorge 23 forme un angle aigu a2 avec la jupe 31 du piston 27.
Sur la figure 5, on peut voir l'exemple avantageux de réalisation du dispositif selon la présente invention comprenant une gorge 23 en queue d'aronde, optimisé aussi bien pour une pression P1 supérieure à P2 que pour une pression P2 supérieure à P1. Le dispositif de la figure 5 s'applique notamment au cas où les pressions P1 et/ou P2 varient avec le temps. Dans l'exemple illustré sur la figure 5, le flanc gauche 25 forme un angle aigu al avec la jupe 31 du piston 29 et le flanc droit 27 de la gorge 23 forme un angle aigu 23 avec la jupe 31 du piston 27. Avantageusement, les angles al et a2 sont égaux.
II est bien entendu que les raccords des flancs 25 et 27 avec le fond de la gorge 23 et/ou avec la jupe 31 peuvent être arrondis ou chanfreinés sans sortir du cadre de la présente invention. De même, la mise en oeuvre de la gorge 23 dont le flanc 25, 27 et/ou le fond 39 ne sont pas plans ne sort pas du cadre de la présente invention.
Sur la figure 6, on a illustré l'usinage d'une gorge 23 des figures 2 et 3 dans un piston 29. Sur la figure 6a, on peut voir un outil biseauté 47 s'approcher de la jupe 31 d'un piston 29 tournant autour d'un axe 49 selon une trajectoire rectiligne 51 formant un axe a avec la normale à la jupe 31.
L'extrémité 53 de l'outil 47 est maintenue parallèle à la jupe 31 du piston 29, les faces latérales 55 et 57 sont parallèles à la trajectoire 51 de l'outil.
Comme on peut le voir sur la figure 6b, L'outil 47 pénètre dans l'épaisseur du piston 29 sur une profondeur correspondant à celle de la gorge 23. L'extrémité 53 de l'outil est parallèle au fond 39 de la gorge 23, la face 55 au flanc 25 de la gorge 23 et la face 57 de l'outil au flanc 27 de la gorge. On retire l'outil 47 selon une trajectoire inverse de la trajectoire 51, et comme on peut le voir sur la figure 6.3, on arrête la rotation du piston 29 et on dispose un joint torique 1 dans la gorge 23.
Sur la figure 7, on peut voir la formation d'une gorge 23 par montage d'une bague 59 sur un piston 29.
Sur la figure 7a, on réalise par moulage ou usinage un piston 29 comportant une paroi inclinée 25 dirigée vers l'axe 49 du piston formant un angle aigu avec la jupe 31. Le piston 29 est muni des moyens 61 d'immobilisation axiale de la bague 59, par exemple d'une gorge annulaire ou, avantageusement, d'un épaulement.
Sur la figure 7b, on monte sur ie piston 29 une bague 59 comportant des moyens 63, par exemple un épaulement coopérant avec les moyens 61 du piston 29. L'épaisseur de la bague 59 est sensiblement égale à la longueur de la paroi 25 multipliée par cos(a). Dans l'exemple illustré sur la figure 7b, la bague 59 est terminée, en vis-à-vis de la paroi 25, par une paroi radiale formant le flanc 27 de la gorge 23 correspondant au mode de réalisation de la figure 4.
Sur la figure 7c, la bague 59 est terminée en vis-à-vis de la paroi 25 par une paroi formant un flanc 27 de la gorge 23 avec un surplomb 33' correspondant à l'exemple de réalisation de la figure 5.
Sur la figure 8, on peut voir le montage sur un piston 29 d'une bague 65 munie d'une gorge 23 correspondant au mode de réalisation de la figure 5. La bague 65 peut être monobloc ou être composée de deux demibagues 65.1 et 65.2.
II est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux ensembles comportant un piston et un cylindre, mais s'étend également aux tiges ou profilés montés à translation dans un alésage.
Bien que la réalisation de la gorge 23 dans la pièce mâle, piston ou tige, soit avantageuse, notamment en ce qui concerne le maintien du joint 1, la mise en oeuvre d'alésage munie de gorge 23 ne sort pas du cadre de la présente invention.
La présente invention permet de réduire les forces de frottement entre un joint torique classique et la surface balayée, notamment d'un alésage. Les forces de frottement peuvent encore être diminuées en combinant une gorge 23 selon l'invention avec les techniques connues de joints à géométrie spéciale et/ou des élastomères ou plastomères à faible coefficient.
La présente invention s'applique notamment à toute industrie mettant en oeuvre les circuits hydrauliques comportant des pièces mâles montées à translation dans des alésages.
La présente invention s'applique principalement à l'industrie aéronautique et à l'industrie automobile, notamment pour la réalisation de circuits de commande hydraulique, notamment de circuit de freinage.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'étanchéité pour circuit de fluide comprenant une pièce mâle (29) montée à translation dans une pièce femelle (11) comportant au moins un joint (1) disposé dans une gorge (23), caractérisé en ce que la gorge (23) ménagée dans une première desdites pièces mâle ou femelle est délimitée par au moins une paroi (25) formant un angle aigu a avec une surface (31) de cette première pièce, d'appui sûr et de guidage en translation par rapport à cette seconde pièce.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint (1) est un joint torique.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce mâle est une tige.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce mâle est un piston et en ce que la pièce femelle est un cylindre.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gorge (23) de réception du joint (1) est ménagée dans la pièce mâle (29).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte deux parois annulaires (25, 27), chacune formant un angle aigu al et a2 avec une surface de la pièce portant la gorge (23) d'appui sûr et de guidage en translation par rapport à la seconde pièce, la gorge (23) ayant en coupe longitudinale de cette pièce la forme en queue d'aronde.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des parois annulaires formant les flancs de la gorge est formée par une bague (59, 65) rapportée sur la pièce mâle.
8. Circuit de freinage de véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Procédé d'usinage de gorge de réception d'un joint, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à:
a) mettre en rotation autour d'un axe (49) une pièce (29);
b) incliner un outil d'usinage (47) comportant une extrémité (53) et deux faces parallèles (55, 57), de manière à ce que l'extrémité (53) soit parallèle à la surface externe de la pièce (29) et à ce que les faces parallèles (55, 57) de l'outil (47) forment un angle a avec la normale à la surface (31) de la pièce (29);
c) avancer l'outil (47) selon une direction (51) parallèle aux faces parallèles (55, 57) de l'outil (47);
d) retirer l'outil de la gorge (23) formée;
e) disposer un joint annulaire dans la gorge (23).
10. Procédé de fabrication d'un dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à:
- fabriquer un piston (29);
- monter et immobiliser axialement au moins une bague (59, 65) formant au moins un des flancs d'une gorge (23) de réception d'un joint (1).
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