FR2997327A1 - Procede de realisation d'un piston avec un dispositif d'etancheite ainsi que le piston correspondant - Google Patents

Abstract

Procédé de réalisation d'un piston (7) d'un dispositif d'étanchéité comportant au moins un joint d'étanchéité (9) et un piston (7), déplaçable par rapport au joint (9) et il est appliqué de manière étanche par une région de surface superficielle (11) contre le joint (9). La région de surface superficielle (11) est usinée tout d'abord par enlèvement de copeaux pour former des poches de lubrifiant (12) et ensuite on fait fondre la couche limite (13) de la région de surface usinée (11).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de réali- sation d'un piston d'un dispositif d'étanchéité comportant au moins un joint d'étanchéité et un piston, le piston étant déplaçable par rapport au joint et il est appliqué de manière étanche par une région de surface supérieure contre le joint. L'invention se rapporte également à un piston munit d'un tel dispositif d'étanchéité. Etat de la technique De nombreux modules utilisent des dispositifs d'étanchéité composés d'un piston et d'au moins un joint équipant par exemple le boîtier du module pour que le liquide ne sorte du boîtier le long du piston. Le piston est mobile par rapport au joint dans le boîtier.

Le piston est par exemple mobile par rapport au joint à la fois dans la direction périphérique et/ou dans la direction axiale par rotation et/ou translation. Pour réaliser l'étanchéité entre le piston et le joint, le piston comporte une région de surface supérieure ou extérieure qui vient en contact d'étanchéité avec le joint habituellement sur toute la périphérie du piston au niveau de cette région de surface supérieure. La région de la surface supérieure du piston est appliquée de manière étanche contre le joint et en particulier de manière étanche aux liquides ce qui évite que le liquide ne s'échappe le long du piston pour passer d'un côté du joint à l'autre dans la direction axiale du piston vers le second côté du joint. De tels dispositifs d'étanchéité s'utilisent par exemple dans les pompes équipant des systèmes d'assistance de conduite pour générer des pressions hydrauliques. Les systèmes ou installations d'assistance de conduite sont par exemple des systèmes ABS et/ou des systèmes ESP. La pompe fonctionne comme une pompe à piston. Elle comporte un arbre à excentrique qui déplace périodiquement le piston de la pompe et lui communique un mouvement de translation par son mouvement de rotation, notamment un mouvement de translation sinusoïdal du piston de pompe dans la direction axiale. Le piston de pompe correspond au piston décrit ci-dessus. Il est entouré par le joint séparant la région de pression de la pompe de la chambre dans laquelle se trouve l'arbre à excentrique. Le joint est par exemple un joint annulaire. L'expression « piston » n'est pas seulement limitée à des éléments de machines transmettant une force. Bien plus, le piston peut être un élément quelconque appliqué de manière étanche dans le joint ou s'appliquant contre celui-ci tout en étant mobile par rapport au joint. Le piston peut être sous la forme d'un arbre monté à rotation. Pour avoir un effet d'étanchéité aussi bon que possible du joint et de faibles fuites, tout en assurant une durée de vie élevée du joint, il faut que la région de surface supérieure du piston présente une qualité de surface élevée. De plus, il faut favoriser l'établissement d'un film lubrifiant hydrodynamique entre le joint et le piston. Dans le cas de la pompe décrite ci-dessus de l'installation d'assistance de conduite, le film lubrifiant est du liquide de frein, le piston est en métal notamment en acier. Du fait de la très grande qualité de surface de la région de sur- face supérieure et de l'angle de contact important entre le liquide de frein et le métal du piston, le film lubrifiant s'accroche mal au piston de sorte que le film de lubrifiant est très mince. Cela ne suffit pas pour écarter le piston par rapport au joint dans la direction radiale. De ce fait, à chaque déplacement, le piston enlève de la matière du joint d'étanchéité qui subit ainsi de l'usure et doit être très rapidement être remplacé. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un piston équipé d'un dispositif de joint d'étanchéité évitant l'usure excessive du joint pour conserver une bonne étanchéité. L'invention a également pour objet de développer un procédé de réalisation d'un tel dispositif de joint et un piston équipé d'un tel dispositif. Exposé et avantages de l'invention A cet effet la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'un piston avec un dispositif de joint d'étanchéité du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la région de surface supérieure est usinée tout d'abord par un usinage avec enlèvement de copeaux pour former des poches de lubrifiant et ensuite on fait fondre la couche limite de la région de surface usinée.

Le procédé selon l'invention a l'avantage que le piston avec son dispositif d'étanchéité présente une plus grande tenue car le procédé de réalisation de la région de surface supérieure du piston diminue l'usure du joint venant en contact avec le piston, grâce à la réali- sation des poches de lubrifiant usinées par enlèvement de copeaux et dont la couche limite de la région de surface ainsi usinée est ensuite fondue. Les poches de lubrifiant se présentent sous la forme de cavités dont les bords sont ouverts dans la région de surface supérieure du piston. L'usinage avec enlèvement de copeaux consiste à donner aux poches de lubrifiant des dimensions qui, pendant le fonctionnement du dispositif de joint, garantissent la prise d'une quantité suffisante de liquide, c'est-à-dire de lubrifiant. De façon correspondante, la région de surface supérieure a une rugosité relativement importante notamment par comparaison à celle des pistons de l'état de la technique. Pour diminuer encore plus l'usure du joint, après le travail par usinage avec enlèvement de copeaux, on traite la couche limite de la région de surface en la faisant fondre. Cela signifie qu'au moins une partie de la région de surface supérieure usinée préalablement par enlèvement de copeaux est mainte- nant travaillée en plus, par un procédé sans enlèvement de copeaux, à savoir la fusion. Cela se fait de préférence pour conserver au moins partiellement les poches de lubrifiant. De façon préférentielle, après la fusion ces poches restent avec des bords ouverts dans la région de la surface supérieure et continuent d'avoir des dimensions garantissant la prise d'une quantité suffisante de liquide. Par la fusion on pourra enle- ver les pointes rugueuses dirigées vers le joint dans la région de surface supérieure ou les aplatir ce qui réduit encore plus l'usure du joint. Ainsi, l'invention combine deux moyens. D'une part la réalisation de poches de lubrifiant par usinage avec enlèvement de co- peaux garantit toujours une quantité suffisante de liquide ou de lubri- fiant pour lubrifier le piston et le joint ce qui réduit d'autant le frottement entre le piston et le joint. D'autre part, en enlevant les pointes rugueuse par la fusion de la couche limite, on réduit l'usure par frottement du joint par le mouvement du piston. Le procédé selon l'invention permet de réaliser des pistons ayant des propriétés de fonc- tionnement remarquables et assurant une durée de vie importante au joint et au dispositif d'étanchéité. L'invention a également pour objet un procédé de réalisa- tion d'un dispositif d'étanchéité composé d'au moins un piston et d'au moins un joint. Le piston est réalisé comme décrit et on se référera aux explications données ci-dessus. Selon un développement avantageux de l'invention, les poches de lubrifiant sont réalisées avec une certaine profondeur, supérieure à l'épaisseur de la couche limite à fondre, notamment double de cette épaisseur et au moins trois fois aussi grande et notamment quatre fois aussi grande. Les dimensions ci-dessus ne concernent que la profondeur prise dans la direction radiale du piston par rapport à son axe longitudinal. La profondeur est par exemple la profondeur maximale de toutes les poches de lubrifiant, notamment l'extension entre le point situé dans la direction radiale le plus près de l'axe longitudinal et le point le plus éloigné dans la direction radiale par rapport à l'axe longitudinal. L'épaisseur de la couche de paroi à faire fondre ne s'étend qu'à partir du point du piston mentionné en dernier lieu, dans la direction radiale en étant dirigé vers l'intérieur. Pour qu'après la fusion de la couche limite, les poches de lubrifiant ont une profondeur suffisante et que l'on conserve au moins partiellement les poches de lubrifiant, la profondeur doit être supérieure à l'épaisseur de la couche limite qui sera fondue et notamment elle doit être significativement supérieure à celle-ci. Par exemple la profondeur sera au moins double et de préfé- rence au moins triple et notamment au moins quadruple de l'épaisseur de la couche limite à faire fondre. Selon un développement avantageux de l'invention, la fu- sion fait qu'ensuite les poches de lubrifiant ont des bords ouverts dans la région de surface supérieure. La fusion n'a pas pour but de fermer les poches de lubrifiant mais au contraire après la fusion le piston doit conserver dans sa région de surface supérieure, une rugosité relativement importante pour recevoir une quantité suffisamment importante de liquide ou de lubrifiant dans les poches. L'opération consiste à enlever principalement les pointes de rugosité occasionnant l'usure par frot- tement du joint dans la région de la surface supérieure ou encore elle consiste au moins à transformer ces pointes de rugosité. Selon un développement de l'invention, la rugosité moyenne de la surface supérieure après l'usinage par enlèvement de copeau et avant la fusion est d'au moins 3,2 pm et/ou d'au plus 6,4 pm et d'au moins 1,6 pm et/ou au plus de 3,2 pm et d'au moins 0,8 pm et/ou au plus de 1,6 pm. Comme déjà décrit ci-dessus, la rugosité du piston dans la région de la surface supérieure doit être importante par comparaison avec celle des pistons connus pour recevoir une quantité plus importante de liquide dans les poches de lubrifiant. De façon cor- respondante, l'usinage avec enlèvement de copeaux est fait pour arriver au moins à la valeur moyenne de rugosité. De façon préférentielle, on ne dépasse toutefois pas les valeurs maximales indiquées pour la valeur moyenne de rugosité.

Selon un autre développement préférentiel de l'invention, on fait fondre la couche limite seulement dans une partie de la région de surface supérieure complètement usinée par un usinage avec enlèvement de copeaux. La fusion ne concerne pas toute la région de la surface supérieure qui a été préalablement usinée par enlèvement de copeaux. Bien plus, la région de surface supérieure est usinée complè- tement par un usinage avec enlèvement de copeaux mais seulement une partie de cette région de la surface supérieure donnera la couche limite fondue. De façon correspondante, par exemple tout le piston ou toute la surface supérieure du piston sera d'abord usinée par enlève- ment de copeaux et ensuite la fusion ne concernera qu'une partie de cette région. La partie de région est notamment celle qui touche le joint dans le dispositif d'étanchéité ou qui s'applique contre celui-ci. Par exemple, la partie de la région est telle que quelle que soit la position du piston pendant le fonctionnement du dispositif d'étanchéité, le joint reste toujours dans cette partie de région qui a une extension appro- priée notamment dans la direction axiale. On peut ainsi prévoir que la partie de région présente une surface de circulation par laquelle le piston s'applique contre le joint. La surface de circulation est la partie de la région de la surface supérieure ou la partie de cette région dans laquelle, pendant le fonctionnement du dispositif d'étanchéité, le joint est toujours appliqué contre le piston. Ainsi, par exemple, toute la région partielle constitue la surface de circulation. Selon un développement, l'usinage par enlèvement de co- peaux se fait par meulage, fraisage, frottement, limage ou travail au tour. En principe, on peut utiliser n'importe quel procédé d'usinage qui réalise la rugosité moyenne souhaitée dans la région de surface supé- rieure. De façon particulièrement préférentielle, l'usinage avec enlèvement de copeaux est le meulage. La région de surface est ainsi tout d'abord meulée et ensuite on fait fondre la couche limite de la région de surface supérieure meulée de sorte que les poches de lubrifiant réali- sées par le meulage restent au moins en partie conservées. Selon un autre développement de l'invention, la fusion se fait sous la forme d'un polissage par laser. Ainsi, on traite la région de surface supérieure préalablement usinée par enlèvement de copeaux à l'aide d'un laser pour effectuer un traitement thermique produisant la fusion de la couche limite. Le laser utilisé pour le polissage par laser peut être un laser à fonctionnement continu ou au laser pulsé. La puissance du laser est réglée pour qu'après la fusion de la couche limite, on dispose des propriétés décrites ci-dessus pour le piston. L'invention concerne également un piston d'un dispositif d'étanchéité notamment un piston réalisé selon le procédé décrit ci-dessus. Le dispositif d'étanchéité comporte au moins un joint et le piston est mobile par rapport au joint contre lequel il s'applique de ma- nière étanche par une région de surface supérieure. La région de surface supérieure est tout d'abord usinée par enlèvement de copeaux pour former les poches de lubrifiant et ensuite on fait fondre la couche limite de la région de surface supérieure ainsi usinée. Les avantages de ce procédé ont déjà été développés ci-dessus. Le piston ou le procédé pour sa fabrication seront développés ci-dessous. L'invention a également pour objet un dispositif d'étanchéité ayant au moins un joint et un piston réalisé par le procédé décrit ci-dessus. Le piston est mobile par rapport au joint et s'applique par sa région de surface supérieure de manière étanche contre le joint.

La région de surface supérieure est obtenue comme décrit ci-dessus.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un procédé de réalisation d'un piston de dispositif d'étanchéité ainsi que d'un piston ainsi réalisé et d'un dispositif d'étanchéité formé de ce piston, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une pompe d'un système d'assistance de conduite de véhicule, - la figure 2 montre schématiquement le profil de la ré- gion de surface supérieure d'un piston de pompe. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une coupe axiale ou coupe longitudinale d'une pompe 1 qui fait par exemple partie d'une installation ou d'un système d'assistance de conduite notamment d'un système ABS ou ESP. La pompe 1 est une pompe à piston(s). Elle comporte un arbre à excentrique 2 dans une chambre à excentrique 3 dans un boîtier 4 de la pompe 1. L'arbre à excentrique 2 tourne autour d'un axe de rotation 5 qui diffère du centre 6 de l'arbre à excentrique 2 (vue en section de l'arbre à excentrique 2). Le mouvement de rotation de l'arbre à excen- trique 2 génère un mouvement de translation d'un piston (piston li- néaire) 7 suivant l'axe longitudinal 8 du piston 7. Le piston 7 est mobile dans le boîtier 4. Il est entouré sur toute sa périphérie par un joint 9 sous forme de joint annulaire dans la direction périphérique (par rapport à l'axe longitudinal 8). La région de pression 10 de la pompe 1 est rendue étanche du point de vue fluidique par rapport à la chambre à excentrique 3. Le joint 9 est par exemple en élastomère. Pendant le fonctionnement de la pompe 1, le piston 7 se déplace par rapport au joint 9 suivant un mouvement alternatif. Ainsi, dans le cas des pompes connues selon l'état de la technique il est con- sidéré comme avantageux que la région de surface supérieure 11 pré- sente une qualité de surface supérieure aussi élevée que possible. Or, selon l'invention, la région de surface supérieure 11 présente une rugosité plus grande, c'est-à-dire une moindre qualité de surface supérieure que cela est imposé selon l'état de la technique.

Néanmoins, il faut améliorer les caractéristiques de circulation du pis- ton 7 par rapport au joint 9 et aussi diminuer l'usure par frottement du joint 9 par le piston 7. Pour cela, on usine tout d'abord la région de surface supérieure 11 par un usinage avec enlèvement de copeaux pour développer des poches de lubrifiant 12 (celles-ci n'apparaissent pas dans cette figure) et ensuite on fait fondre la couche limite 13 (celle-ci n'apparaît pas non plus) de cette région de surface supérieure 11 ainsi travaillée. L'usinage par enlèvement de copeaux se fait par exemple par meulage et la fusion se fait par exemple par polissage par laser. On peut appliquer le joint 9 de manière étanche contre la surface de circu- lation 14 de l'arbre excentrique 2. La surface de circulation 14 est la région de l'arbre excentrique 2 qui, pendant le fonctionnement de la pompe 1, se trouve dans la région du joint 9. La surface de circulation 14 peut correspondre seulement à une partie de la région de surface supérieure 11 ou à toute la surface supérieure du piston 7. Ainsi et à titre d'exemple, la région de surface supérieure 11 ou toute la surface supérieure du piston sont tout d'abord usinées par enlèvement de copeaux. Ensuite, on ne soumet toutefois à la fusion de la couche limite qu'une partie de la région au niveau de la surface de circulation 14.

La figure 2 montre un profil de surface supérieure de la région de surface supérieure 11 ou de la surface de circulation 14. Cette figure montre d'une part l'état après l'usinage avec enlèvement de copeaux (lignes en pointillées) et aussi l'état après la fusion (lignes en traits pleins). On remarque les poches de lubrifiant 12 qui subsistent avec des bords ouverts au niveau de la région de surface supérieure 11. Directement après l'usinage par enlèvement de copeaux et avant la fusion les poches de lubrifiant 12 ont a une profondeur maximale T. Cette profondeur T va du fond 15 des poches de lubrifiant 12 qui correspond au point le plus bas de la région de surface supérieure 11 ou de l'axe longitudinal 8 pour aller jusqu'aux pointes 16 des rugosités qui définis- sent les points du piston les plus éloignés par rapport à l'axe longitudinal 8. La fusion ne doit se faire que dans la région de la couche limite 13 dont l'épaisseur est inférieure à la profondeur T. En particu- lier, elle est au maximum égale à sa moitié ou de préférence égale à seu- lement un tiers ou au maximum égale à seulement un quart de la profondeur T. Ainsi, la profondeur (t) des poches de lubrifiant 12 après la fusion de la couche limite 13 sera t=T-d. Cette profondeur (t) est choisie pour qu'il subsiste dans les poches de lubrifiant 12 une quantité suffi- sante de liquide ou de lubrifiant entre le piston 7 et le joint 9. Ainsi l'enlèvement des pointes de rugosité 16 par la fusion réduit significativement l'usure du joint 9.10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Pompe 2 Arbre à excentrique 3 Chambre à excentrique 4 Boîtier! Corps de la pompe 5 Axe de rotation 6 Centre de l'arbre à excentrique 7 Piston linéaire 8 Axe longitudinal 9 Joint 10 Région de pression 11 Région de surface supérieure 12 Poche de lubrifiant 13 Couche limite 14 Surface de circulation T Profondeur des poches de lubrifiant d Epaisseur de la couche limite t Profondeur des poches de lubrifiant après la fusion de la couche limite25