FR2785962A1 - Joint d'etancheite rotatif a angle de degagement pour basculement controle - Google Patents

Abstract

Un dispositif de joint d'étanchéité (13) destiné à sceller l'intervalle entre deux éléments (15, 19) mobiles l'un par rapport à l'autre, est muni d'un point de pivot (5) sur son périmètre de section transversale.Lorsque la pression sur le joint d'étanchéité (30) augmente, le joint (30) tourne autour du point de pivot (5), ce qui conduit à une augmentation de la zone de surface d'étanchéité sur le joint. De plus, un évidement est créé sur le périmètre de section transversale pour donner avantageusement une relation d'étanchéité à moindre frottement entre le joint (30) et l'élément mobile (19). De plus, un évidement est créé sur la partie extérieure du périmètre de section transversale d'une surface du joint (30), cet évidement devant venir en contact avec un anneau d'amorceur (33), l'évidement supprimant une interférence dynamique entre l'anneau d'amorceur (33) et le joint (30).

Description

Arrière plan de l'invention Domaine de l'invention La présente invention

concerne un joint d'étanchéité destiné à sceller un intervalle entre un premier élément et un second élément mobile par rapport au premier élément. Plus particulièrement, l'invention concerne un

joint d'étanchéité rotatif perfectionné et un amorceur pré-

sentant des propriétés d'équilibrage de pression et de lubri-

fication améliorée.

Description de la technologie concernée

Les joints d'étanchéité antérieurs ont des limi-

tations lorsqu'on leur applique une pression et une vitesse

relative, c'est-à-dire lorsqu'on fait tourner une tige équi-

pée d'un joint d'étanchéité. En cours de fonctionnement, il apparaît des applications de pression typiques de 20,7.106 Pa (3 000 PSI) et plus, ainsi qu'une vitesse de mouvement de surface relativement faible de 3 à 15 mètres par minute (10 à

pieds par minutes).

Du fait du mouvement rotatif et d'une mauvaise lubrification, le frottement constant peut conduire à des augmentations de génération de chaleur, ce qui accélère l'usure et produit une expulsion du joint ainsi qu'une perte de matière. Pendant la pressurisation du joint d'étanchéité, ce joint glisse en montant dans la rainure et l'amorceur se rassemble dans un coin en produisant une charge lourde, ce

qui conduit à un frottement élevé. Ce frottement élevé accé-

lère la génération de chaleur, la déformation de compression et une perte possible d'activation de l'anneau de joint, ce

qui peut également conduire à la création d'une interface dy-

namique indésirable entre l'amorceur et l'anneau de joint en produisant ainsi une abrasion et une usure indésirables de

1' amorceur.

Résumé de l'invention

Pour améliorer ces situations, la présente inven-

tion comprend une conception à équilibrage de pression qui

réduit le frottement global pendant le fonctionnement et amé-

liore la lubrification au-dessus de l'anneau de joint

d'étanchéité. Des résultats préliminaires indiquent une ré-

duction de couple de plus de 50 %. La génération de chaleur est également réduite de près de 50 % et un contrôle amélioré

des fuites est également évident.

A cet effet, on prévoit selon l'invention un joint d'étanchéité destiné à sceller un intervalle entre un premier élément et un second élément mobile par rapport au premier élément, caractérisé en ce qu'il comprend un anneau présentant une section transversale munie d'un point de pivot

en réponse à une pression extérieure.

L'anneau de joint d'étanchéité selon la présente

invention comprend une rainure centrale inférieure. La rai-

nure centrale inférieure se trouve dans l'espace de contact

entre l'anneau de joint et la tige en arbre. La rainure mini-

mise la surface de contact de fond en augmentant ainsi les

contraintes de contact et en améliorant le contrôle des fui-

tes. Lorsque le système est pressurisé, l'anneau de joint pi-

vote autour d'un point se trouvant sur la zone de surface de contact de fond, en donnant ainsi un contact de joint d'étanchéité pressurisé le long d'une zone de contact de fond plus grande, tout en maintenant un chanfrein résistant à l'expulsion. Dans l'invention, un joint d'étanchéité destiné à sceller un intervalle entre un premier élément et un second élément mobile par rapport au premier élément, comprend un anneau présentant une section transversale munie d'un point de pivot et d'un périmètre. Lorsqu'une pression extérieure est appliquée à l'anneau, par exemple lorsqu'on ajoute une pression de fluide, l'anneau répond en tournant autour du

point de pivot.

Suivant d'autres caractéristiques de l'in-

vention: - le périmètre de section transversale comprend une partie de joint d'étanchéité secondaire adjacente au point de pivot, cette partie de joint d'étanchéité secondaire s'engageant contre le second élément pendant un état pressurisé et se dégageant du second élément pendant un état non pressurisé, - le périmètre de section transversale comprend un premier

bord adjacent au point de pivot, un second bord, et un évi-

dement formé entre les deux.

Dans ce dernier cas, l'évidement vient en face du second élément pendant un état non pressurisé et/ou le pre-

mier bord et le second bord s'engagent contre le second élé-

ment pendant un état non pressurisé; le second bord se dégage du second élément pendant un état pressurisé et l'évidement vient en face du premier élément ou l'évidement

vient en face d'un anneau amorceur.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'anneau est disposé à l'intérieur d'une bague formée par le premier élément, cette bague étant tournée vers le second élément. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on crée un dispositif de joint d'étanchéité pour sceller un

intervalle entre un premier élément et un second élément mo-

bile par rapport au premier élément, le dispositif de joint

d'étanchéité comprenant un premier anneau et un second an-

neau. Dans ce mode de réalisation le premier anneau présente une section transversale munie d'un périmètre et d'un point de pivot, le premier anneau pivotant autour de ce point de pivot lorsqu'une pression extérieure est appliquée. De plus le second anneau est muni d'une section transversale munie

d'un périmètre.

Suivant d'autres caractéristiques de l'in-

vention:

- le premier anneau et le second anneau sont disposés concen-

triquement, - le premier élément définit une cavité pour loger le premier élément et le second élément, - le périmètre du premier anneau comprend en outre une partie de joint d'étanchéité pressurisée, cette partie pressurisée

s'engageant contre le second élément pendant un état pres-

surisé et se dégageant du second élément pendant un état non pressurisé, ou alors

- le périmètre du premier anneau comprend un premier bord ad-

jacent au point de pivot et un second bord, avec un évide-

ment formé entre les deux.

Dans ce dernier cas, l'évidement vient en face du second élément pendant un état non pressurisé et/ou le pre-

mier bord et le second bord s'engagent contre le second élé-

ment pendant un état non pressurisé et le second bord se dégage du second élément pendant un état pressurisé. Selon une configuration avantageuse, l'évidement vient en face du second anneau et le périmètre du second anneau fait saillie

dans l'évidement pendant un état pressurisé.

Dans un autre mode de réalisation encore de l'invention, un joint d'étanchéité pour sceller un intervalle

entre un premier élément et un second élément mobile par rap-

port au premier élément, comprend un anneau muni d'une pre-

mière surface et d'une seconde surface, la seconde surface

s'engageant de manière étanche contre le second élément lors-

que le joint d'étanchéité est soumis à des forces extérieu-

res, et la seconde surface se dégageant du second élément

lorsque les forces extérieures sont absentes.

Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, dans ce mode de réalisation:

- la première surface comprend une première partie et une se-

conde partie,

- la première partie et la seconde partie définissent un évi-

dement entre elles, et l'évidement vient en face du second élément ou l'évidement vient en face du premier élément, - la seconde partie est adjacente à la seconde surface,

- la première partie s'engage contre le second élément pen-

dant un état non pressurisé et se dégage du second élément pendant un état pressurisé, - l'anneau est disposé à l'intérieur d'une chambre définie dans le premier élément, - le joint comprend en outre un second anneau disposé entre

l'anneau et le premier élément.

Dans un autre mode de réalisation encore de l'invention, le dispositif de joint d'étanchéité comprend un premier anneau comportant une section transversale munie d'un

périmètre, une première lèvre, une seconde lèvre, et un évi-

dement formé entre la première lèvre et la seconde lèvre. De plus, un second anneau est prévu et disposé entre le premier

élément et le premier anneau, le second anneau ayant un péri-

mètre qui fait saillie dans l'évidement du premier anneau pendant un état pressurisé, et traverse l'évidement pendant

un état non pressurisé.

Suivant d'autres caractéristiques de l'in-

vention: - le second anneau est un amorceur, - le premier anneau est un élément de joint d'étanchéité,

- le premier anneau et le second anneau sont alignés concen-

triquement, - le premier bord et le second bord exercent des contraintes de déformation sur le périmètre du second anneau pendant un état pressurisé, et les contraintes de déformation donnent

un coefficient de frottement augmenté entre le premier an-

neau et le second anneau.

Dans une variante de réalisation de l'invention,

une structure de joint d'étanchéité destinée à sceller un in-

tervalle entre deux parties de machine disposées pour se dé-

placer l'une par rapport à l'autre, comprend un anneau de joint d'étanchéité muni d'une surface intérieure tournée vers

la seconde partie de machine, cette surface intérieure com-

portant un point de pivot, une première lèvre, une seconde

lèvre, un évidement formé entre la première lèvre et la se-

conde lèvre, et une surface extérieure tournée vers la pre-

mière partie de machine, l'anneau de joint d'étanchéité pivotant autour du point de pivot lorsqu'il est exposé à une pression extérieure. De plus, on utilise un anneau d'amorceur présentant une section transversale munie d'un périmètre, l'anneau d'amorceur étant disposé entre la surface extérieure

et la première partie de machine.

Suivant d'autres caractéristiques de cette va-

riante de réalisation de l'invention: - le point de pivot est en contact avec la seconde partie de machine,

- le premier bord et le second bord s'engagent contre la se-

conde partie de machine lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans un état non pressurisé, - le second bord est dégagé de la seconde partie de machine lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans un état pressurisé,

- la surface intérieure comprend en outre une surface incli-

née, pouvant définir un plan qui forme un angle aigu avec la surface de la seconde partie de machine et/ou pouvant

s'engager avec le premier bord sur la seconde partie de ma-

chine lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans

un état pressurisé.

Selon d'autres caractéristiques avantageuse de

cette variante de réalisation, une bague de joint est dispo-

sée dans la première partie de machine et vient en face de la seconde partie de machine, cette bague logeant l'anneau de joint d'étanchéité et l'anneau d'amorceur. Dans ce cas, l'anneau de joint d'étanchéité peut comprendre en outre une paroi disposée essentiellement radialement entre la seconde partie de machine et l'anneau d'amorceur; la paroi définit un plan qui forme un angle aigu avec un plan défini par une

surface de la bague de joint d'étanchéité lorsque la struc-

ture de joint d'étanchéité est dans un état pressurisé ou alors la paroi s'engage contre une surface de la bague de joint lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans un

état pressurisé.

De façon avantageuse: - l'anneau d'amorceur est un élément annulaire en élastomère élastique, - l'anneau de joint d'étanchéité est constitué d'une matière

thermoplastique choisie dans le groupe comprenant le poly-

tétrafluoréthylène, l'élastomère thermoplastique, le poly-

uréthane et le polyéthylène à poids moléculaire ultra haut, - l'anneau de joint d'étanchéité comprend en outre un bord

chanfreiné sur la surface intérieure.

Un autre mode de réalisation encore de l'invention peut se décrire comme un procédé pour assurer l'étanchéité d'un intervalle entre un premier élément et un

second élément mobile par rapport au premier élément, ce pro-

cédé comprenant l'étape consistant à utiliser un anneau capa-

ble de pivoter autour d'un point de la section transversale

lorsqu'il est soumis à une pression extérieure.

Suivant d'autres caractéristiques de l'in- vention: - le procédé comprend en outre l'étape consistant à former un évidement dans une surface de l'anneau, - l'évidement vient en face du second élément, - le procédé comprend en outre l'étape consistant à créer un second anneau disposé entre l'anneau et le premier élément, - le second anneau fait saillie dans l'évidement pendant un état pressurisé, - le procédé comprend en outre l'étape consistant à créer une surface inclinée sur l'anneau de joint d'étanchéité, cette

surface inclinée définissant un plan qui forme un angle ai-

gu avec le second élément pendant un état non pressurisé,

et cette surface inclinée s'engageant contre le second élé-

ment pendant un état pressurisé, - le procédé comprend en outre l'étape consistant à créer un

bord chanfreiné sur une surface de l'anneau, ce bord chan-

freiné empêchant essentiellement l'expulsion de l'anneau

par rapport à son logement.

La présente invention est avantageuse par rapport aux joints d'étanchéité selon l'art antérieur, en ce qu'elle

crée une surface de joint d'étanchéité dont la zone de sur-

face augmente lorsque la pression agissant sur le joint aug-

mente, tout en créant un profil de pression de contact élevé à l'endroit du sommet du joint d'étanchéité pour améliorer le

contrôle des fuites. La surface de joint d'étanchéité augmen-

tée est obtenue par la rotation de l'élément de joint d'étanchéité pendant les états pressurisés, pour amener ainsi une plus grande partie du joint d'étanchéité en contact avec

une partie de machine lorsqu'on en a le plus besoin.

Un autre avantage de la présente invention est qu'on crée une surface de joint d'étanchéité réduite pendant un fonctionnement à basse pression. Lorsque le joint d'étanchéité se trouve dans un état de basse pression et lorsque la rotation autour d'un point de pivot ne s'est pas

encore produite, la présente invention utilise avantageuse-

ment un évidement le long de sa surface de joint d'étanchéité pour réduire ainsi la quantité de frottement entre la partie de machine et le joint d'étanchéité. Un autre avantage encore de la présente invention est qu'une paroi conique est prévue sur un côté du joint, cette paroi conique servant à maintenir fermement le joint d'étanchéité dans un emplacement idéal contre une surface du logement du joint une fois que le joint a tourné autour du

point de pivot.

Un autre avantage encore de la présente invention est qu'un évidement est prévu sur la surface de dessus du

joint pour obtenir une interaction avec un anneau d'amorceur.

En utilisant un évidement, une nervure, un bossage ou autre

moyen pour augmenter la zone de surface et introduire simul-

tanément des contraintes localisées élevées, tournées vers l'anneau d'amorceur, les bords de l'évidement du joint d'étanchéité transmettent une pression de déformation à la surface de l'anneau d'amorceur pendant un état pressurisé, en augmentant ainsi grandement le coefficient de frottement et/ou la zone de surface de contact, et en supprimant par conséquent essentiellement une interface dynamique entre

l'anneau d'amorceur et le joint d'étanchéité.

Brève description des dessins

La présente invention sera décrite ci-après de

manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation re-

présenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle, en coupe suivant un plan axial, illustrant une forme de construction de joint d'étanchéité selon la présente invention,

- la figure 2 est une vue partielle, en coupe, d'une configu-

ration de joint d'étanchéité selon l'art antérieur, - la figure 3 est une vue partielle, en coupe, de l'élément de joint d'étanchéité selon la présente invention, - la figure 4A représente un graphe d'analyse par éléments finis (FEA) d'un système de joint d'étanchéité selon l'art antérieur, monté dans un état non pressurisé, - les figures 4B à 4D représentent des graphes d'analyse par éléments finis (FEA) de différents modes de réalisation de la présente invention, montés dans un état non pressurisé, montrant des variantes d'amorceur, - la figure 5A représente un graphe (FEA) du mode de réalisa- tion représenté à la figure 4A, mais dans un état sous forte pressurisation,

- les figures 5B à 5D représentent des graphes (FEA) des mo-

des de réalisation représentés aux figures 4B à 4D, mais dans un état sous forte pressurisation, - la figure 6 est un graphique représentant les résultats

d'un test de couple de rupture, comparant la forme de réa-

lisation selon l'art antérieur à la forme de réalisation représentée à la figure 1, - la figure 7 est un graphique représentant les résultats d'un test de couple dynamique à faible vitesse, comparant la forme de réalisation selon l'art antérieur à la forme de réalisation représentée à la figure 1, - la figure 8 est une vue partielle, en coupe suivant un plan axial, illustrant une forme de construction de joint d'étanchéité selon la présente invention, - les figures 9A à 9C sont des graphiques représentant les résultats d'un test de fuites cumulées à haute pression, comparant la forme de réalisation selon l'art antérieur à la forme de réalisation représentée à la figure 1, - les figures 10A et 10B sont des graphiques représentant les résultats d'un test de fuites cumulées à pression moyenne, comparant la forme de réalisation selon l'art antérieur à la forme de réalisation représentée à la figure 1, - les figures 11A et liB sont des graphiques représentant les résultats d'un test d'usure à pression moyenne, comparant la forme de réalisation selon l'art antérieur à la forme de réalisation représentée à la figure 1, et - les figures 12A à 12C sont des graphiques représentant les résultats d'un test d'usure à haute pression, comparant la

forme de réalisation représentée à la figure 1.

Les mêmes références numériques désignent les

parties correspondantes dans toutes les différentes vues.

L'exemple donné ici illustre un mode de réalisation préféren-

tiel de l'invention mais ne doit pas être considéré comme li-

mitant d'une manière quelconque le cadre de l'invention.

Description détaillée de l'invention

En se référant maintenant aux dessins, la figure

1 représente plus particulièrement une construction compre-

nant un dispositif de joint d'étanchéité annulaire 13, un élément extérieur 15 muni d'une rainure de joint annulaire ou bague 17, dans lequel se monte le dispositif de joint 13. Du fluide sous pression est appliqué au dispositif de joint 13 dans la direction de la flèche P. Le fluide passe à travers

un espace de jeu annulaire 20 et agit directement sur le dis-

positif de joint 13. On comprendra que les éléments 15 et 19 sont simplement illustratifs d'un environnement dans lequel

le dispositif de joint 13 peut être avantageusement utilisé.

Dans le mode de réalisation illustré ici, les éléments 15 et 19 sont montés pour effectuer un mouvement de rotation l'un

par rapport à l'autre.

Bien que l'élément extérieur 15 puisse avoir di-

verses configurations différentes, il comprend ici des parois radiales 21 et 23 axialement espacées, qui sont reliées l'une à l'autre par une paroi axiale 25 pour former la bague de joint 17. Cette bague de joint 17 entoure complètement l'élément intérieur 19. Dans le mode de réalisation illustré ici, la bague de joint 17 présente une section généralement

rectangulaire en coupe axiale. L'élément extérieur 15 com-

porte un passage 27 traversant celui-ci et dans lequel est

placé l'élément intérieur 19.

L'élément intérieur 19 peut avoir diverses confi-

gurations mais, dans le mode de réalisation illustré ici, il se présente sous la forme d'un arbre cylindrique. L'élément intérieur 19 présente la surface extérieure cylindrique 29

qui définit l'une des surfaces à sceller.

Le dispositif de joint 13 comprend un élément de joint d'étanchéité 30 et un élément annulaire élastique en élastomère qui, dans le mode de réalisation illustré ici, se

présente sous la forme d'un joint torique en élastomère 33.

Cet amorceur en élastomère peut être utilisé sous pratique-

Il ment n'importe quelle forme courante, comme représenté à la

figure 8.

L'élément de joint d'étanchéité 30 peut être réa-

lisé dans l'un quelconque des matériaux couramment utilisés pour cela. On peut par exemple utiliser une matière plastique

convenable telle qu'une matière thermoplastique. Le polyté-

trafluoréthylène (PTFE), l'élastomère thermoplastique (TPE), le polyuréthane (PU) et le polyéthylène à poids moléculaire

ultra haut (UHMWPE) sont des exemples de matières thermoplas-

tiques pouvant être utilisées. La figure 8 représente une va-

riante de réalisation du système ayant un élément 30

présentant une surface supérieure différente.

La construction de l'élément de joint d'étan-

chéité 30 peut mieux se comprendre en se référant à la figure 3 qui représente l'élément isolé par lui-même. Généralement,

le joint d'étanchéité 30 est de configuration annulaire com-

portant une surface de fond A incluant une rainure 34 pour

assurer l'étanchéité à basse pression.

Pour faciliter la description, on décrira la sur-

face périphérique extérieure de l'élément de joint

d'étanchéité 30 en se référant à la figure 3 dans le sens in-

verse des aiguilles d'une montre pour décrire les différents

angles, bords et surfaces. En partant du côté inférieur gau-

che, les points de bords 1, 2, 3, 4, 4', 5, 6 et 7 dessinent d'une façon générale la surface de fond inférieure de l'élément de surface 30, tandis que les points 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 et 15 décrivent le contour changeant de la surface

supérieure T de l'élément de joint d'étanchéité 30. D'une fa-

çon générale la surface de fond A est située entre les points 3 et 4, 4' et 5. Cette surface A est en contact avec

l'élément intérieur 19 pendant un état non pressurisé du dis-

positif de joint d'étanchéité 13. Entre les points 5 et 6 se trouve une surface B qui crée une zone de contact pressurisée augmentée pendant la pressurisation du joint. Entre les

points 6 et 7 se trouve un chanfrein résistant à l'expulsion.

Pendant la pressurisation, l'élément de joint d'étanchéité 30 s'incline ou trouve au point 5, en amenant la surface B en

contact avec l'élément 19.

Entre les points 7 et 8 se trouve une surface C qui forme un angle de décharge pour permettre à l'élément de joint d'étanchéité 30 de basculer sur le bord 5 pendant la pressurisation du bord de joint. Dans la présente invention, la surface B et la surface C sont, de la manière la plus préférable, perpendiculaires l'un à l'autre. Dans d'autres modes de réalisation préférentiels, l'angle entre la surface B et la surface C peut se situer entre 85 et 95 mais doit de préférence se situer entre 89 et 910. Entre les bords 8, 9 et les bords 14, 15 sont disposés des chanfreins supérieurs

destinés à empêcher un grignotement de l'élément en élasto-

mère. Un aspect de l'invention, qui est différent de l'art antérieur, est la capacité d'équilibrer la pression et les aspects de frottement. Pendant la pressurisation, la pression du fluide agit sur la zone allant du point 1 au point 5 de l'élément de joint d'étanchéité 30 en s'équilibrant contre la pression générée par l'élastomère, de sorte que l'élément de joint d'étanchéité 30 se scelle le long de la largeur allant du point 5 au point 6. Pendant la

pressurisation, toute la force générant le couple n'est com-

mandée que du point 5 au point 6. Ce basculement autour du point 5 se produit là o la réduction de couple apparaît. Cet équilibrage de pression réduit la quantité de charge entre le joint d'étanchéité et la tige ou arbre. La charge radiale est réduite dans une proportion de 1: 7 à 5: 7. Pour éviter

l'expulsion, un chanfrein est formé entre les points 6 et 7.

Pour contribuer à faciliter le basculement ou l'action de roulement, l'élément de joint d'étanchéité 30

comprend un angle d'appui. Cet angle ou bord C est perpendi-

culaire au bord B en permettant au joint de rouler dans la rainure. Le bord C doit rouler perpendiculairement à la tige puis doit également être parallèle à la paroi de bague 23 pendant la pressurisation. Lorsque l'élastomère 33 produit l'amorçage en travers du sommet de l'élément de joint 30, cet élastomère tente d'augmenter le frottement entre l'élastomère 33 et l'élément de joint 30, en tentant de maintenir l'anneau de joint pour qu'il ne tourne pas avec l'élément 19, mais au

contraire de le maintenir à l'intérieur de la bague 17. Pour supprimer une interface dynamique, on uti-

lise une rainure, une nervure, un bossage ou autre enclenche-

ment mécanique 40 sur la surface supérieure, comme représenté dans les figures 4B à 4D. L'élastomère 33 se déforme vers le

bas pour pénétrer dans la rainure 40 et les points 11, 12 su-

bissent des charges élevées. Il y a une contrainte élevée sur l'élastomère 33 dans cette zone. Il y a une réduction de contrainte entre les points 11 et 12. Il n'y a pas d'élément de joint d'étanchéité pour supporter l'élastomère 33 dans la rainure 40, de sorte que l'élastomère 33 se déforme vers le

bas dans la rainure en produisant une concentration de con-

trainte élevée aux points 11 et 12. Cela augmente les pro-

priétés de frottement et/ou de couple entre le composant élastomère 33 et le composant d'anneau de joint d'étanchéité

, en donnant ainsi une relation d'enclenchement sans glis-

sement entre le composant élastomère 33 et le composant de

joint d'étanchéité 30. D'autres modes de génération du frot-

tement augmenté consistent à augmenter la zone de surface de contact entre les éléments 30 et 33. Cette augmentation est

obtenue en changeant la forme.

L'élastomère 33 se déforme lorsque l'élément de

joint d'étanchéité 30 subit un roulement, et une concentra-

tion de contrainte est également créée dans celui-ci. En des-

cendant du point 10 au point 9, on a un angle ou une surface servant de décharge de contrainte pour l'amorceur. On a une autre surface analogue en partant des points latéraux avant 13 à 14. Ces angles déchargent l'élastomère lorsqu'il est amorcé. Toute décharge de l'élastomère 33 lui permet d'absorber une certaine quantité de l'énergie provenant de la

pression appliquée. De l'énergie provenant de la pression ap- pliquée est également absorbée par la déformation du compo-

sant élastomère 33 dans la rainure 40 formée sur la surface supérieure et dans la chambre formée par le bord chanfreiné

disposé entre les points 8 et 9.

Les figures 4A à 5D représentent une analyse par

* éléments finis des contraintes de contact normale sur la pré-

sente invention, contrairement au cas d'un joint d'étanchéité selon l'art antérieur. Les figures 5B à 5D représentent la

réduction avantageuse de la zone de contact lorsque le dispo-

sitif de joint d'étanchéité est pressurisé. La réduction de plus de 50 % de la surface de contact donne des améliorations

de couple, de génération de chaleur et de frottement compara-

tivement aux produits de joints d'étanchéité de l'art anté-

rieur. Les figures 6 à 12 représentent les avantages de la présente invention qui résultent de l'analyse par éléments finis comparant le joint d'étanchéité selon l'art antérieur à celui selon la présente invention. L'analyse a été effectuée en utilisant une bague de test et en testant, sur le joint,

des vitesses de surface comprenant une vitesse basse, une vi-

tesse moyenne et une vitesse élevée, la rotation s'effectuant à vitesse constante et le joint étant soumis à une pression

basse, moyenne ou haute pendant une durée de 200 000 cycles.

La finition de surface se situait dans la plage de 0,1 à

0,2 micromètre.

La figure 6 représente les résultats du couple de rupture amélioré de la présente invention, par rapport à l'art antérieur. La figure 7 représente les améliorations de couple dynamique de la présente invention, par rapport à

l'art antérieur, à basse vitesse. Les figures 9A à 9C repré-

sentent des comparaisons de fuites cumulées entre la présente invention et l'art antérieur, à pression élevée. Les figures A et lOB représentent des comparaisons de fuites cumulées entre la présente invention et l'art antérieur, à pression moyenne. Les figures 11A et l1B représentent des comparaisons

de résultats d'usure entre la présente invention et l'art an-

térieur, à pression moyenne. Les figures 12A à 12C représen-

tent des comparaisons de résultats d'usure entre la présente

invention et l'art antérieur, à haute pression.

Claims (40)

R E V E N D I C A T I ON S

1 ) Joint d'étanchéité (13) destiné à sceller un intervalle

entre un premier élément (15) et un second élément (19) mo-

bile par rapport au premier élément, caractérisé en ce qu'

il comprend un anneau (30) présentant une section transver-

sale munie d'un point de pivot (5) en réponse à une pression extérieure. 2 ) Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le périmètre de section transversale comprend une partie de joint d'étanchéité secondaire (B) adjacente au point de pivot (5), cette partie de joint d'étanchéité secondaire s'engageant contre le second élément (19) pendant un état pressurisé et se dégageant du second élément (19) pendant un

état non pressurisé.

3 ) Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le périmètre de section transversale comprend un premier bord

adjacent au point de pivot (5), un second bord, et un évide-

ment (34) formé entre les deux.

4 ) Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement (34) vient en face du second élément (19) pendant

un état non pressurisé.

5 ) Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier bord et le second bord s'engagent contre le second

élément (19) pendant un état non pressurisé.

6 ) Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second bord se dégage du second élément (19) pendant un

état pressurisé.

7 ) Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que

l'évidement (40) vient en face du premier élément (15).

8 ) Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que

l'évidement (40) vient en face d'un anneau amorceur (33).

9 ) Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que

l'anneau (30) est disposé à l'intérieur d'une bague (17) for-

mée par le premier élément (15), cette bague étant tournée

vers le second élément (19).

10 ) Dispositif de joint d'étanchéité pour sceller un inter-

valle entre un premier élément (15) et un second élément (19) mobile par rapport au premier élément, caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier anneau (30) présentant une section transversale munie d'un périmètre et d'un point de pivot (5), ce premier

anneau pivotant autour du point de pivot lorsqu'une pres-

sion extérieure est appliquée au dispositif de joint, et - un second anneau (33) présentant une section transversale

munie d'un périmètre.

11 ) Dispositif de joint selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier anneau (30) et le second anneau (33) sont disposés concentriquement. 12 ) Dispositif de joint selon la revendication 10, caractérisé en ce que

le premier élément (15) définit une cavité pour loger le pre-

mier élément (30) et le second élément (33).

) Dispositif de joint selon la revendication 10, caractérisé en ce que le périmètre du premier anneau (30) comprend en outre une

partie de joint d'étanchéité pressurisée, cette partie pres-

surisée s'engageant contre le second élément (19) pendant un

état pressurisé et se dégageant du second élément (19) pen-

dant un état non pressurisé. 14 ) Joint selon la revendication 10, caractérisé en ce que le périmètre du premier anneau (30) comprend un premier bord adjacent au point de pivot (5) et un second bord, avec un

évidement (34) formé entre les deux.

) Joint selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'évidement (34) vient en face du second élément (19) pendant

un état non pressurisé.

16 ) Joint selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier bord et le second bord s'engagent contre le second

élément (19) pendant un état non pressurisé.

17 ) Joint selon la revendication 14, caractérisé en ce que le second bord se dégage du second élément (19) pendant un

état pressurisé.

18 ) Joint selon la revendication 14, caractérisé en ce que

l'évidement (40) vient en face du second anneau (33).

19 ) Joint selon la revendication 18, caractérisé en ce que le périmètre du second anneau (33) fait saillie dans

l'évidement (40) pendant un état pressurisé.

) Joint d'étanchéité destiné à sceller un intervalle entre un premier élément (15) et un second élément (19) mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend: - une première surface et une seconde surface, la seconde surface s'engageant contre le second élément (19) lorsque le joint (13) est soumis à des forces extérieures, et la seconde surface se dégageant du second élément (19) lorsque

le joint n'est pas soumis à des forces extérieures.

21 ) Joint selon la revendication 20, caractérisé en ce que

la première surface comprend une première partie et une se-

conde partie.

22 ) Joint selon la revendication 21, caractérisé en ce que

la première partie et la seconde partie définissent un évide-

ment (34) entre elles.

23 ) Joint selon la revendication 22, caractérisé en ce que

l'évidement (34) vient en face du second élément (19).

24 ) Joint selon la revendication 22, caractérisé en ce que

l'évidement (40) vient en face du premier élément (15).

) Joint selon la revendication 21, caractérisé en ce que

la seconde partie est adjacente à la seconde surface.

26 ) Joint selon la revendication 21, caractérisé en ce que la première partie s'engage contre le second élément (19) pendant un état non pressurisé et se dégage du second élément

(19) pendant un état pressurisé.

27 ) Joint selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'anneau (30) est disposé à l'intérieur d'une chambre définie

dans le premier élément (15).

28 ) Joint selon la revendication 20, caractérisé en ce qu' il comprend en outre un second anneau (33) disposé entre

l'anneau (30) et le premier élément (15).

29 ) Dispositif de joint d'étanchéité destiné à sceller un intervalle entre un premier élément (15) et un second élément (19) mobile par rapport au premier élément, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un premier anneau (30) présentant une section transversale munie d'un périmètre, une première lèvre, une seconde lèvre et un évidement (40) formé entre la première lèvre et la seconde lèvre, cet évidement étant tourné vers le premier élément (15), et - un second anneau (33) présentant un périmètre de section transversale, le second anneau (33) étant disposé entre le

premier anneau (30) et le premier élément (15), le périmè-

tre du second anneau (33) faisant saillie dans l'évidement (40) pendant l'état pressurisé, et le périmètre du second anneau (33) traversant l'évidement pendant un état non pressurisé. ) Dispositif de joint selon la revendication 29, caractérisé en ce que

le second anneau (33) est un amorceur.

31 ) Dispositif de joint selon la revendication 29, caractérisé en ce que

le premier anneau (30) est un élément de joint d'étanchéité.

32 ) Dispositif de joint selon la revendication 29, caractérisé en ce que le premier anneau (30) et le second anneau (33) sont alignés concentriquement. 33 ) Dispositif de joint selon la revendication 29, caractérisé en ce que le premier bord et le second bord exercent des contraintes de déformation sur le périmètre du second anneau (33) pendant un

état pressurisé.

34 ) Dispositif de joint selon la revendication 33, caractérisé en ce que les contraintes de déformation donnent un coefficient de frottement augmenté entre le premier anneau (30) et le second

anneau (33).

) Structure de joint d'étanchéité destinée à sceller l'intervalle entre deux parties de machine montées pour se déplacer l'une par rapport à l'autre, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un anneau de joint d'étanchéité (30) comportant une surface intérieure venant en face de la seconde partie de machine, cette surface intérieure comportant un point de pivot (5),

une première lèvre, une seconde lèvre, et un évidement dé-

fini par la première lèvre et la seconde lèvre, ainsi qu'une surface extérieure tournée vers la première partie de machine, l'anneau de joint d'étanchéité (30) pivotant autour du point de pivot (5) lorsqu'il est exposé à une pression extérieure, et - un anneau d'amorceur présentant une section transversale

munie d'un périmètre, cet anneau d'amorceur (33) étant dis-

posé entre la surface extérieure et la première partie de

machine (15).

36 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce que le point de pivot (5) est en contact avec la seconde partie

de machine (19).

37 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce que

le premier bord et le second bord s'engagent contre la se-

conde partie de machine (19) lorsque la structure de joint

d'étanchéité est dans un état non pressurisé.

38 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce que le second bord est dégagé de la seconde partie de machine (19) lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans un

état pressurisé.

39 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce que la surface intérieure comprend en outre une surface inclinée (C).

) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 39, caractérisée en ce que la surface inclinée (C) définit un plan qui forme un angle

aigu avec la surface de la seconde partie de machine (19).

41 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 39, caractérisée en ce que la surface inclinée (C) et le premier bord s'engagent sur la seconde partie de machine (19) lorsque la structure de joint

d'étanchéité est dans un état pressurisé.

42 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce qu' une bague de joint (17) est disposée dans la première partie

de machine (15) et vient en face de la seconde partie de ma-

chine (19), cette bague (17) logeant l'anneau de joint

d'étanchéité (30) et l'anneau d'amorceur (33).

43 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 42, caractérisée en ce que

l'anneau de joint d'étanchéité (30) comprend en outre une pa-

roi disposée essentiellement radialement entre la seconde

partie de machine (19) et l'anneau d'amorceur (33).

44 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 43, caractérisée en ce que la paroi définit un plan qui forme un angle aigu avec un plan défini par une surface de la bague de joint d'étanchéité (17) lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans un état pressurisé.

) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 43, caractérisée en ce que la paroi s'engage contre une surface de la bague de joint lorsque la structure de joint d'étanchéité est dans un état pressurise.

46 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce que

l'anneau d'amorceur (33) est un élément annulaire en élasto-

mère élastique.

47 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisé en ce que

l'anneau de joint d'étanchéité (30) est constitué d'une ma-

tière thermoplastique choisie dans le groupe comprenant le

polytétrafluoréthylène, l'élastomère thermoplastique, le po-

lyuréthane et le polyéthylène à poids moléculaire ultra haut.

48 ) Structure de joint d'étanchéité selon la revendica-

tion 35, caractérisée en ce que l'anneau de joint d'étanchéité (30) comprend en outre un bord chanfreiné sur la surface intérieure. 49 ) Procédé pour assurer l'étanchéité d'un intervalle entre un premier élément (15) et un second élément (19) mobile par rapport au premier élément, caractérisé en ce qu'

il comprend l'étape consistant à utiliser un anneau (30) ca-

pable de pivoter autour d'un point (5) de sa section trans-

versale lorsqu'il est soumis à une pression extérieure.

50 ) Procédé selon la revendication 49, caractérisé en ce qu' il comprend en outre l'étape consistant à former un évidement

(34) dans une surface de l'anneau (30).

51 ) Procédé selon la revendication 50, caractérisé en ce que

l'évidement (34) vient en face du second élément (19).

520) Procédé selon la revendication 50, caractérisé en ce qu'

il comprend en outre l'étape consistant à créer un second an-

neau (33) disposé entre l'anneau (30) et le premier élément (15). 53 ) Procédé selon la revendication 52, caractérisé en ce que

le second anneau (33) fait saillie dans l'évidement (40) pen-

dant un état pressurisé.

54 ) Procédé selon la revendication 49, caractérisé en ce qu' il comprend en outre l'étape consistant à créer une surface inclinée (B) sur l'anneau de joint d'étanchéité (30), cette surface inclinée (B) définissant un plan qui forme un angle

aigu avec le second élément (19) pendant un état non pressu-

risé, et cette surface inclinée (B) s'engageant contre le se-

cond élément (19) pendant un état pressurisé.

) Procédé selon la revendication 49, caractérisé en ce qu'

il comprend en outre l'étape consistant à créer un bord chan-

freiné sur une surface de l'anneau (30), ce bord chanfreiné empêchant essentiellement l'expulsion de l'anneau (30) par

rapport à son logement.