WO2020120874A1 - Appareil hydraulique à percussions équipé d'un dispositif d'étanchéité - Google Patents

Appareil hydraulique à percussions équipé d'un dispositif d'étanchéité Download PDF

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WO2020120874A1
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annular
fluid passage
sealing
external
balancing channel
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Michel ESCOLLE
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Montabert
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    • B25D2250/365—Use of seals

Definitions

  • TITLE Hydraulic percussion device fitted with a sealing device
  • the present invention relates to a hydraulic percussion device.
  • Hydraulic percussion devices of the rock breaker or perforator type, are generally equipped with a guide body comprising a bore, and a striking piston mounted to slide inside the bore and arranged to be driven in translation in an alternative manner by an incompressible fluid.
  • the impact piston can optionally also be driven in rotation about its longitudinal axis.
  • the guide body comprises an annular retaining groove, coaxial with the piston of strikes and opens into the bore, in which a sealing device is mounted.
  • a first type of known sealing device consists of a one-piece sealing gasket having a U-shaped section and thus comprising a first internal sealing lip intended to cooperate with the external surface of the striking piston in order to ensure dynamic sealing. between the seal and the moving impact piston, and an external sealing lip intended to cooperate with the bottom of the annular retaining groove of the guide body in order to ensure a static seal between the seal and the guide body.
  • Such a sealing device provides satisfactory sealing at low translation speed and low impact frequency of the impact piston.
  • a second type of known sealing device consists of a sealing device comprising: - an internal sealing ring comprising:
  • annular protection portion offset axially with respect to the internal sealing portion, the annular protection portion being delimited internally by at least one converging protection surface, the converging protection surface being annular and converging in the direction of the lip d sealing,
  • annular groove opening towards the inside of the internal sealing ring, the annular groove being disposed between the sealing lip and the converging protective surface, and
  • an external sealing element separate from the internal sealing ring and mounted around the internal sealing ring, the external sealing element being annular and intended to bear in leaktight manner in the bottom of the groove ring retainer.
  • Such a sealing device ensures satisfactory sealing at high speed of translation and high frequency of striking of the striking piston, and low friction on the striking piston, therefore low heating by friction of the sealing lip.
  • the configuration of the converging protective surface makes it possible to form, with the external surface of the striking piston, a progressive annular nozzle adapted to progressively reduce the thickness and the flow rate of the incompressible fluid flowing in the direction of the lip d sealing, and therefore to reduce the amplitude of the pressure peaks generated by very rapid reciprocating movements of the incompressible fluid controlling the movements of the striking piston.
  • the presence of the annular groove between the sealing lip and the converging protective surface makes it possible to reduce the speed of arrival of the incompressible fluid on the sealing lip due to the increase in the fluid passage surface. incompressible, which further dampens residual pressure peaks.
  • the configuration of the internal sealing ring of the second type of aforementioned sealing device makes it possible to greatly reduce the amplitude of the pressure peaks mentioned above, and therefore to avoid rupture of the sealing lip. Therefore, the second type of aforementioned sealing device has increased reliability.
  • a problem encountered with the second type of aforementioned sealing device resides in the fact that potential radial vibrations of the striking piston are liable to generate a rise in pressure in the annular groove situated between the sealing lip and the surface. of convergent protection.
  • the present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
  • the technical problem underlying the invention therefore consists in providing a hydraulic percussion device comprising a sealing device which is simple, economical and reliable in structure.
  • the present invention relates to a hydraulic percussion device, comprising:
  • a guide body comprising a bore and an annular retaining groove formed on the guide body and opening into the bore
  • a striking piston mounted to slide inside the bore in a direction of movement and arranged to be driven alternately by an incompressible fluid
  • first fluid passage being located near a first side wall of the annular retaining groove and fluidly connecting the annular retaining groove to an incompressible fluid circuit associated with the reciprocating movement of the impact piston
  • second passage of fluid fluidly connecting the annular retaining groove to a compressible fluid circuit and being located near a second side wall of the annular retaining groove which is opposite to the first side wall
  • a sealing device mounted in the annular retaining groove so as to seal between the first fluid passage and the second fluid passage, the sealing device comprising:
  • an internal sealing ring comprising:
  • annular protection portion offset axially with respect to the internal sealing portion, the annular protection portion being delimited internally by at least one converging protection surface, the converging protection surface being annular and converging in the direction of the lip d sealing,
  • annular groove opening towards the inside of the internal sealing ring, the annular groove being disposed between the sealing lip and the converging protective surface, and
  • At least one balancing channel comprising a first end opening into the annular groove and a second end opening into an outer surface of the annular protective portion, the at least one balancing channel being configured to fluidly connect the annular groove at the first fluid passage when the pressure in the first fluid passage is greater than the pressure in the second fluid passage, and
  • an external sealing element separate from the internal sealing ring and mounted around the internal sealing ring, the external sealing element being annular and intended to bear in leaktight manner in the bottom of the groove ring retainer.
  • the presence of the at least one balancing channel allows, when the reciprocating movement of the striking piston is active and in the event of violent radial movement of the striking piston, to fluidly connect the annular groove to the first passage of fluid and therefore to the incompressible fluid circuit of the percussion hydraulic device.
  • the pressure in the annular groove then remains close to the pressure of the incompressible fluid circuit which is not subjected to the radial vibrations of the striking piston.
  • the presence of the at least one balancing channel makes it possible to maintain the effectiveness of the annular protection portion against pressure peaks linked to very rapid alternating movements of the incompressible fluid, and therefore maintain the reliability of the sealing device, including in the event of violent radial movement of the striking piston.
  • the hydraulic percussion device may also have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the at least one balancing channel is provided on the annular protection portion.
  • the second end of the at least one balancing channel is oriented towards the first side wall of the annular retaining groove.
  • the annular protection portion comprises an annular balancing groove formed on an external surface of the annular protection portion, the second end of the at least one balancing channel opening into the groove ring balancing.
  • the annular balancing groove is substantially coaxial with the striking piston.
  • the second end of the at least one balancing channel opens into an end surface of the internal sealing ring facing the first side wall of the annular retaining groove.
  • the at least one balancing channel has a diameter of between 0.4 and 1.2 mm, and for example around 0.7 mm.
  • each of the first and second fluid passages is annular.
  • the compressible fluid circuit is a circuit of air lubricated under pressure configured to cool and lubricate the mechanical members of the hydraulic percussion device.
  • the hydraulic percussion device is configured so that, when the pressure in the second fluid passage is greater than the pressure in the first fluid passage, that is to say say when the reciprocating movement of the striking piston is stopped, the sealing device is moved in contact with the first side wall of the annular retaining groove and the second end of the at least one balancing channel is closed by the 'external sealing element or by the first side wall.
  • the internal sealing ring and the external sealing element are pushed by the pressure of the compressible fluid towards the first side wall of the annular retaining groove receiving the sealing device, and the second end of the at least one balancing channel is closed by the external sealing element or by the first side wall.
  • the external sealing element exerts a radial force mainly on the annular protection portion, and the intersection of the annular groove with the annular protection portion then becomes a sealing edge, so that the annular groove located between the internal sealing portion and the annular protection portion is no longer in fluid communication with the incompressible fluid circuit. Consequently, the compressible and incompressible fluid circuits are again well separated.
  • the hydraulic percussion device is configured such that, when the pressure in the first fluid passage is greater than the pressure in the second fluid passage, that is to say mainly say when the reciprocating movement of the striking piston is activated, the sealing device is moved in contact with the second side wall of the annular retaining groove and the second end of the at least one balancing channel is released from so as to fluidly connect the annular groove to the first passage of fluid via the at least one balancing channel.
  • the sealing device allows a flow of incompressible fluid from the annular groove and through the at least one balancing channel and an evacuation of said incompressible fluid through the second end of the at least one balancing channel.
  • the incompressible fluid When the reciprocating movement of the striking piston is activated (that is to say when the percussion of the hydraulic device is activated), the incompressible fluid is under a pressure higher than that of the compressible fluid.
  • the internal sealing ring and the external sealing element are therefore pushed by the incompressible fluid in contact with the second side wall of the annular retaining groove. In this normal working position, the second end of the at least one balancing channel is released and the sealing device effectively separates the incompressible fluid from the compressible fluid.
  • the sealing lip is protected, by the annular protection portion, from pressure peaks linked to very rapid reciprocating movements of the incompressible fluid, and the sealing device, and in particular the annular protection portion, is protected some pics pressures generated by the potential radial movement of the impact piston by the at least one balancing channel.
  • the external sealing element is displaceable and / or deformable between a shutter configuration in which the external sealing element closes the second end of the at least one channel balancing, and a release configuration in which the external sealing element releases the second end of the at least one balancing channel.
  • the annular protection portion is arranged to delimit an annular flow passage with the impact piston at least when the pressure in the first fluid passage is greater than the pressure in the second passage of fluid.
  • the sealing lip projects radially inwards relative to the annular protective portion.
  • the external sealing element is arranged to exert a compressive force on the internal sealing portion at least when the pressure in the first fluid passage is greater than the pressure in the second fluid passage.
  • the external sealing element is arranged to exert a compressive force on the annular protective portion at least when the pressure in the second fluid passage is greater than the pressure in the first fluid passage.
  • the annular groove is delimited by the sealing lip and the annular protection portion.
  • the converging protective surface extends from one end of the internal sealing ring facing the first side wall of the annular retaining groove.
  • the converging protective surface has an apex angle of between 10 and 40 °. As a result, the axial components of the hydraulic forces resulting from the pressure peaks remain weak on the converging protective surface.
  • the annular protection portion extends longitudinally over more than half the length of the internal sealing ring. According to one embodiment of the invention, the converging protective surface extends longitudinally over at least 20% of the length of the internal sealing ring.
  • the annular protective portion is internally further delimited by a divergent protective surface which is annular and which diverges in the direction of the sealing lip, the divergent protective surface being disposed between the converging protective surface and the sealing lip, and delimiting at least partially the annular groove.
  • the first end of the at least one balancing channel opens into the divergent protective surface.
  • the divergent protective surface has an apex angle less than 140 °, and for example less than 90 °.
  • the divergent protective surface has a radial height of at least 5/10 th of a millimeter.
  • the converging protection surface and / or the diverging protection surface are substantially frustoconical.
  • the annular protection portion is internally further delimited by a substantially cylindrical intermediate protection surface and disposed between the converging protection surface and the annular groove.
  • a substantially cylindrical intermediate protection surface and disposed between the converging protection surface and the annular groove.
  • the intermediate protective surface is disposed between the converging protective surface and the divergent protective surface.
  • the intermediate protective surface extends in the extension of the converging protective surface.
  • the divergent protective surface extends in the extension of the intermediate protective surface.
  • Such an arrangement of the divergent protective surface makes it possible to transform the purely axial component of the speed of the incompressible fluid coming from the intermediate protective surface into an axial component and a radial component, and therefore further reduce the speed of arrival of the incompressible fluid on the sealing lip.
  • At least one of the convergent, intermediate and divergent protective surfaces extends substantially coaxially to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the converging, intermediate and diverging protective surfaces extend substantially coaxially to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the external sealing element comprises an annular bearing portion which is mounted around the internal sealing portion, and which bears in a sealed manner in the bottom of the groove of ring retainer.
  • the external sealing element comprises an annular retaining portion which is mounted around the annular protective portion, and which bears in leaktight manner in the bottom of the annular retaining groove .
  • the annular holding portion comes integrally with the annular bearing portion.
  • the annular holding portion and the annular bearing portion are made in one piece.
  • the annular holding portion is arranged to exert a compression force on the annular protective portion at least when the pressure in the second fluid passage is greater than the pressure in the first fluid passage.
  • the holding portion is offset axially from the annular bearing portion.
  • the annular bearing portion and the annular holding portion respectively comprise a first and a second internal bearing surface
  • the internal sealing portion and the annular protective portion respectively comprise a first and a second external support surfaces arranged to cooperate respectively with the first and second internal support surfaces
  • the annular balancing groove is formed on the second external bearing surface of the annular protective portion.
  • the second external bearing surface formed on the annular protective portion is substantially cylindrical and extends substantially parallel to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the second external bearing surface formed on the annular protection portion is concave.
  • the first and second internal bearing surfaces are substantially cylindrical and extend substantially parallel to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the first and second external bearing surfaces are substantially cylindrical and extend substantially parallel to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the first and second external bearing surfaces extend in line with one another.
  • the internal sealing ring has, at each of its ends, an annular external chamfer.
  • annular that is to say the edges delimited by the side walls of the retaining groove and the inner wall of the guide body, which could affect the seal between the sealing device and the striking piston.
  • each annular external chamfer extends longitudinally and radially over at least 2/10 th of a millimeter.
  • each annular external chamfer has a chamfer angle of between 10 and 60 ° relative to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the external sealing element comprises, at each of its ends, an annular internal chamfer.
  • each annular internal chamfer has a chamfer angle between 10 and 60 ° relative to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the at least one balancing channel is inclined relative to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the at least one balancing channel extends substantially parallel to the longitudinal axis of the internal sealing ring.
  • the internal sealing ring comprises a plurality of balancing channels.
  • the sealing lip comprises a sealing edge intended to cooperate in sealed manner with the external surface of the striking piston.
  • the intermediate protective surface comprises an internal diameter between a minimum value corresponding to the internal diameter of the sealing lip increased by 1/10 th of a millimeter and a maximum value corresponding to the external diameter of the striking piston increased by 1 millimeter.
  • the internal diameter of the internal sealing ring, at the end face of the annular protective portion facing the first side wall of the annular retaining groove, is greater or equal to the diameter of the bore, at the end of the first fluid passage facing the internal sealing ring.
  • the sealing device is configured to seal between the first fluid passage and the second fluid passage regardless of the operating conditions of the hydraulic percussion device, and in particularly as well when the second end of the at least balancing channel is closed as when the second end of the at least balancing channel is released, that is to say as well when the pressure in the second fluid passage is greater than the pressure in the first fluid passage than when the pressure in the first fluid passage is greater than the pressure in the second fluid passage.
  • the sealing device is configured to prevent the compressible fluid coming from the second fluid passage from entering the first fluid passage when the pressure in the second fluid passage is greater than the pressure in the first fluid passage.
  • the sealing device is configured to prevent the compressible fluid from the second fluid passage from flowing through the second end of the at least one balancing channel when the pressure in the second fluid passage is higher than the pressure in the first fluid passage.
  • the annular protection portion comprises at least one radial notch opening into the end face of the internal sealing ring facing the first side wall of the annular retaining groove.
  • the annular protection portion comprises at least one radial notch opening into the end face of the internal sealing ring facing the second side wall of the annular retaining groove.
  • the at least one balancing channel opens out only at its first and second ends.
  • the at least one balancing channel is integrally formed in the material of the internal sealing ring.
  • the at least one balancing channel is generally tubular.
  • the hydraulic percussion device is configured so that:
  • the sealing device when the pressure in the second fluid passage is higher than the pressure in the first fluid passage, the sealing device is moved to the contact of the first side wall of the annular retaining groove and the external sealing element is displaced and / or deformed in the closure configuration in which the external sealing element closes the second end of the at least a balancing channel;
  • the sealing device when the pressure in the first fluid passage is greater than the pressure in the second fluid passage, the sealing device is moved in contact with the second side wall of the annular retaining groove and the external sealing element is moved and / or deformed in the release configuration in which the external sealing element releases the second end of the at least one balancing channel so as to fluidly connect the annular groove to the first passage of fluid via the at least one balancing channel.
  • the external sealing element is axially displaceable between the shutter configuration and the release configuration.
  • the second end of the at least one balancing channel opens into an external circumferential surface of the annular protective portion.
  • Figure 1 is a partial sectional view of a hydraulic percussion device according to a first embodiment of the invention and which is equipped with a sealing device shown in a percussion configuration.
  • Figure 2 is a partial sectional view of the hydraulic percussion device of Figure 1 showing the sealing device in a percussion stop configuration.
  • Figure 3 is a sectional view of a sealing device according to a second embodiment of the invention and which is shown in a percussion configuration.
  • Figure 4 is a sectional view of the sealing device of Figure 3 in a percussion stop configuration.
  • Figure 5 is a sectional view of a sealing device according to a third embodiment of the invention and which is shown in a percussion configuration.
  • Figures 1 and 2 show a hydraulic percussion device 2 equipped with a guide body 3 comprising a bore 4 and an annular retaining groove 5 opening into the bore 4, and a striking piston 6 of cylindrical shape mounted sliding inside the bore 4 in a direction of movement D and arranged to be driven in translation alternately by an incompressible fluid, such as hydraulic oil.
  • an incompressible fluid such as hydraulic oil.
  • the hydraulic percussion device 2 further comprises a first fluid passage 7 and a second fluid passage 8 which are annular and coaxial, and which are located on either side of the annular retaining groove 5.
  • Each of the first and second fluid passages 7, 8 is delimited between the guide body 3 and the striking piston 6.
  • the first fluid passage 7 is located near a first side wall 9 of the annular retaining groove 5 and fluidly connects the annular retaining groove 5 to an incompressible fluid circuit associated with the reciprocating movement of the striking piston 6, while that the second fluid passage 8 fluidly connects the annular retaining groove 5 to a compressible fluid circuit and is located near a second side wall 11 of the annular retaining groove 5 which is opposite to the first side wall 9.
  • the compressible fluid circuit can for example be a circuit of air lubricated under pressure configured to cool and / or lubricate mechanical members of the hydraulic percussion device 2.
  • the hydraulic percussion device 2 further comprises a sealing device 12 mounted in the annular retaining groove 5 so as to seal between the first fluid passage 7 and the second fluid passage 8, and more particularly so preventing an incompressible fluid passage from the first fluid passage 7 towards the second fluid passage 8, and so as to prevent a compressible fluid passage from the second fluid passage 8 towards the first fluid passage 7.
  • the sealing device 12 comprises an internal sealing ring 13.
  • the internal sealing ring 13 can be made of hard plastic, for example based on PTFE, PEEK, PU.
  • the internal sealing ring 13 comprises an annular internal sealing portion 14 which is provided with an annular sealing lip 15 intended to cooperate in leaktight manner with the external surface of the striking piston 6.
  • the lip of sealing 15 comprises a sealing edge 16 intended to cooperate sealingly with the external surface of the striking piston 6.
  • the internal sealing ring 13 further comprises an annular protective portion 17 offset axially with respect to the internal sealing portion 14.
  • the internal sealing ring 13 is shaped so that the sealing lip 15 is substantially at the same level or protrudes radially inwards relative to the annular protection portion 17.
  • the annular protection portion 17 is arranged to delimit an annular flow passage P with the striking piston 6 when the reciprocating movement of the striking piston 6 is activated.
  • the annular protection portion 17 is delimited internally at least in part by a converging protection surface 18, an intermediate protection surface 19 and a divergent protection surface 20 which extend substantially coaxially to the longitudinal axis A of the ring d internal seal 13.
  • the converging protective surface 18 extends from one end of the internal sealing ring 13, and more particularly from an end face 21 of the annular protective portion 17 opposite the portion of internal sealing 14.
  • the converging protective surface 18 is advantageously frustoconical and converges in the direction of the sealing lip 15.
  • the converging protective surface 18 has for example an apex angle of between 2 and 40 °.
  • the converging protective surface 18 may for example further extend longitudinally over at least 20% of the length of the internal sealing ring 13.
  • the intermediate protective surface 19 extends in the extension of the converging protective surface 18 in the direction of the sealing lip 15.
  • the intermediate protective surface 19 is substantially cylindrical, and preferably has an internal diameter between a value minimum corresponding to the internal diameter of the sealing lip 15 increased by 1/10 th of a millimeter and a maximum value corresponding to the external diameter of the striking piston 6 increased by 1 millimeter.
  • the divergent protection surface 20 extends in the extension of the intermediate protection surface 19.
  • the divergent protection surface 20 is frustoconical and diverges in the direction of the sealing lip 15.
  • the divergent protective surface 20 has a radial height of at least 5/10 th of a millimeter.
  • the divergent protective surface 20 has an apex angle less than 140 °.
  • the internal sealing ring 13 also comprises an annular groove 22 facing the striking piston 6, the annular groove 22 being delimited by the sealing lip 15 and the divergent protective surface 20.
  • the annular groove 22 is advantageously substantially coaxial with the striking piston 6.
  • the internal sealing ring 13 comprises, at each of its ends, an annular external chamfer 23, 24.
  • Each annular external chamfer 23, 24 may for example extend longitudinally and radially over at least 2 / 10ths of a millimeter.
  • each annular external chamfer 23, 24 has a chamfer angle of between 10 and 60 ° relative to a plane perpendicular to the longitudinal axis A of the internal sealing ring 13.
  • the internal diameter of the internal sealing ring 13, at the end face 21 of the annular protective portion 17 opposite the internal sealing portion 14, is greater than or equal to the diameter of the bore 5, at the end of the first fluid passage 7 facing the internal sealing ring 13.
  • the radial height of the internal sealing ring 13, at the end face 21 of the annular protective portion 17, is greater than or equal to the radial height of the end of the first fluid passage 7 facing the internal sealing ring 13.
  • the internal sealing ring 13 also includes a balancing channel 25 or more balancing channels 25 provided on the annular protective portion 17.
  • the or each balancing channel 25 comprises a first end opening into the groove annular 22, and more particularly in the divergent protective surface 20, and a second end opening into an outer surface of the annular protective portion 17.
  • the second end of the or each balancing channel 25 is oriented towards the first side wall 9 of the annular retaining groove 5.
  • the or each balancing channel 25 extends substantially parallel to the longitudinal axis A of the internal sealing ring 13, and the second end of the or each balancing channel 25 opens into the end face 21 of the annular protection portion 17.
  • the sealing device 2 further comprises an external sealing element 26 separate from the internal sealing ring 13 and mounted around the internal sealing ring 13.
  • the external sealing element 26 is annular and takes sealingly pressing in the bottom of the annular retaining groove 5.
  • the external sealing element 26 can for example be made of elastomer.
  • the external sealing element 26 comprises an annular bearing portion 26.1 which is mounted around the internal sealing portion 14 and which bears in a sealed manner in the bottom of the annular retaining groove 5, and an annular retaining portion 26.2 which is mounted around the annular protective portion 17 and which also bears sealingly in the bottom of the annular retaining groove 5.
  • the retaining portion annular 26.2 is thus offset axially relative to the annular bearing portion 26.1.
  • the annular bearing portion 26.1 is arranged to exert a compressive force on the internal sealing portion 14 at least when the pressure in the first fluid passage 7 is greater than the pressure in the second fluid passage 8
  • the annular holding portion 26.2 is arranged to exert a compressive force on the annular protective portion 17 at least when the pressure in the second fluid passage 8 is greater than the pressure in the first fluid passage 7.
  • the annular bearing portion 26.1 and the annular holding portion 26.2 respectively comprise a first and a second internal bearing surface 27, 28, and the internal sealing portion 14 and the annular protective portion 17 respectively comprise a first and a second external support surface 29, 31 arranged to cooperate respectively with the first and second internal support surface 27, 28.
  • the first external support surface 29 formed on the internal sealing portion 14 is substantially cylindrical and extends substantially parallel to the longitudinal axis A of the internal sealing ring 13, while the second external bearing surface 31 formed on the annular protective portion 17 is concave.
  • the hydraulic percussion device 2 is more particularly configured so that, when the pressure in the first fluid passage 7 is greater than the pressure in the second fluid passage 8, that is to say when the reciprocating movement of the striking piston 6 is activated, the internal sealing ring 13 and the external sealing element 26 are displaced by the pressure of the incompressible fluid in contact with the second side wall 11 of the annular retaining groove 5 and the second end of or each balancing channel 25 is released so as to fluidly connect the annular groove 22 to the first passage of fluid 7 via the or each balancing channel 25.
  • the sealing device when the second end of the or each balancing channel 25 is released, the sealing device
  • the sealing lip 15 is protected, by the annular protective portion 17, from pressure peaks linked to the very rapid reciprocating movements of the incompressible fluid, and the protective portion annular 17 is protected from pressure peaks generated by the potential radial movement of the striking piston 6 by the or each balancing channel 25.
  • the presence of the or each balancing channel 25 makes it possible to maintain the effectiveness of the annular protective portion 17 against pressure peaks linked to very rapid alternating movements of the incompressible fluid, and therefore to maintain the reliability of the device. seal 12, including in the event of violent radial movement of the striking piston 6.
  • the hydraulic percussion device 2 is further configured so that when the pressure in the second fluid passage 8 is greater than the pressure in the first fluid passage 7, i.e. mainly when the movement reciprocating of the striking piston 6 is stopped, the internal sealing ring
  • annular holding portion 26.2 exerts a compressive force on the annular protective portion 17 when the pressure in the second fluid passage 8 is greater than the pressure in the first fluid passage 7, the intersection of the annular groove 22 with the intermediate protective surface 19 then becomes a sealing edge, so that the annular groove 22 is fluidly isolated from the incompressible fluid circuit, which ensures separation of the compressible and incompressible fluid circuits even in case of lifting of the sealing lip 15.
  • Figures 3 and 4 show a sealing device 12 according to a second embodiment of the invention which differs from the first embodiment shown in Figures 1 and 2 essentially in that the or each balancing channel 25 is inclined relative to the longitudinal axis A of the internal sealing ring 13, and in that the external sealing element 26 is axially displaceable between a closure configuration in which the external sealing element 26 closes the second end of the or each balancing channel 25, and a release configuration in which the external sealing element 26 releases the second end of the or each balancing channel 25.
  • the second end of the or each balancing channel 25 opens into an external circumferential surface of the annular protective portion 17, and more particularly into the second external bearing surface 31 of the annular protection portion 17.
  • first and second external bearing surfaces 29, 31 are substantially cylindrical and extend substantially parallel to the longitudinal axis A of the internal sealing ring 13 and in line with one another.
  • each annular internal chamfer 32, 33 can for example extend longitudinally and radially over at least 2/10 th of a millimeter. According to one embodiment of the invention, each annular internal chamfer 32, 33 has a chamfer angle of between 10 and 60 ° relative to a plane perpendicular to the longitudinal axis A of the internal sealing ring 13.
  • annular protective portion 17 may also comprise at least one radial notch 34 opening into the end face 21 of the internal sealing ring 13 and at least one radial notch 35 opening into the end face 36 of the internal sealing ring 13 facing the second side wall 11 of the annular retaining groove 5.
  • any overpressures generated in the annular groove 22 by radial movements of the striking piston 6 are evacuated via the or each balancing channel 25, so that the pressure in the annular groove 22 then remains close to the incompressible fluid circuit pressure.
  • the axial pressure fluctuations originating from the first fluid passage 7 do not flow directly into the or each balancing channel 25, but flow beforehand along the end face 21 of the annular protective portion 17 and of the second external bearing surface 31 and are therefore attenuated by the end face 21 and the second external bearing surface 31.
  • These pressure fluctuations axial are also attenuated due to the inclined configuration of the or each balancing channel 25.
  • the compressible fluid from the second fluid passage 8 can, by leaking from the sealing lip 15, flow into the annular groove 22.
  • the intermediate protective surface 19 then seals on the striking piston 6, because the external sealing element 26 presses on the second external bearing surface 31 of the annular protective portion 17 and makes it pivot towards the striking piston 6.
  • the second end of the or each balancing channel 25 being obstructed by the external sealing element 26, the risk of leakage of the compressible fluid in the first fluid passage 7 is thus substantially reduced.
  • the material of the internal sealing ring 13 can be very hard, the sealing at the second end of the or each balancing channel 25 is guaranteed because the external sealing element 26 is generally made of a softer material than the material of the internal sealing ring 13.
  • FIG. 5 shows a sealing device 12 according to a third embodiment of the invention which differs from the second embodiment shown in Figures 3 and 4 essentially in that the annular protective portion 17 has a balancing groove annular 37 formed an outer surface of the annular protective portion 17, and in that the second end of the or each balancing channel 25 opens into the annular balancing groove 37.
  • the annular balancing groove 37 is substantially coaxial with the striking piston 6, and is formed on the second external bearing surface 31 of the annular protective portion 17.
  • annular balancing groove 37 facilitates the machining of the or each balancing channel 25 as well as the evacuation of the incompressible fluid in the direction of the first fluid passage 7 when the reciprocating movement of the striking piston 6 is active and in the event of a violent radial movement of the striking piston 6.

Abstract

Cet appareil hydraulique à percussions (2) comprend un corps de guidage (3); un piston de frappe (6) monté coulissant à l'intérieur du corps de guidage; un dispositif d'étanchéité (12) monté dans une rainure de retenue annulaire (5) prévue sur le corps de guidage de manière à réaliser une étanchéité entre un premier passage de fluide (7) et un deuxième passage de fluide (8). Le dispositif d'étanchéité (12) comprend une bague d'étanchéité interne (13) comprenant une portion d'étanchéité interne (14) pourvue d'une lèvre d'étanchéité (15) coopérant de manière étanche avec le piston de frappe (6), une portion de protection annulaire (17) délimitée intérieurement par une surface de protection convergente (18) convergeant vers la lèvre d'étanchéité (15), une gorge annulaire (22) disposée entre la lèvre d'étanchéité (15) et la surface de protection convergente (18), et un canal d'équilibrage (25) comprenant une première et une deuxième extrémités débouchant respectivement dans la gorge annulaire (22) et dans une surface extérieure de la portion de protection annulaire (17).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Appareil hydraulique à percussions équipé d'un dispositif d'étanchéité
La présente invention concerne un appareil hydraulique à percussions.
Les appareils hydrauliques à percussions, de type brise-roche ou perforatrice, sont généralement équipés d'un corps de guidage comprenant un alésage, et d'un piston de frappe monté coulissant à l'intérieur de l'alésage et agencé pour être entraîné en translation de façon alternative par un fluide incompressible. Dans le cas particulier d'un appareil rotopercutant hydraulique, c'est-à-dire du type perforatrice, le piston de frappe peut éventuellement en outre être entraîné en rotation autour de son axe longitudinal.
Afin d'assurer une étanchéité entre le corps de guidage et le piston de frappe d'un appareil hydraulique à percussions, et donc d'éviter une perte de fluide incompressible, le corps de guidage comporte une rainure de retenue annulaire, coaxiale au piston de frappe et débouchant dans l'alésage, dans laquelle est monté un dispositif d'étanchéité.
Un premier type de dispositif d'étanchéité connu consiste en un joint d'étanchéité monobloc présentant une section en U et comportant ainsi une première lèvre d'étanchéité interne destinée à coopérer avec la surface extérieure du piston de frappe afin d'assurer une étanchéité dynamique entre le joint d'étanchéité et le piston de frappe en mouvement, et une lèvre d'étanchéité externe destinée à coopérer avec le fond de la rainure de retenue annulaire du corps de guidage afin d'assurer une étanchéité statique entre le joint d'étanchéité et le corps de guidage.
Un tel dispositif d'étanchéité assure une étanchéité satisfaisante à faible vitesse de translation et faible fréquence de frappe du piston de frappe.
Cependant, lors des déplacements en translation du piston de frappe, le contact entre un tel dispositif d'étanchéité et le piston de frappe engendre un frottement non négligeable, et donc un échauffement par friction du piston de frappe pouvant aller jusqu'à la destruction de la lèvre d'étanchéité interne.
De plus, dans le cas d'un appareil rotopercutant hydraulique, la rotation du piston de frappe sans translation de ce dernier ne permet pas d'assurer une lubrification et un refroidissement corrects de la lèvre d'étanchéité interne. Il en résulte une destruction rapide de la lèvre d'étanchéité interne.
Un deuxième type de dispositif d'étanchéité connu consiste en un dispositif d'étanchéité comprenant : - une bague d'étanchéité interne comprenant :
- une portion d'étanchéité interne qui est annulaire et qui comporte une lèvre d'étanchéité destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe,
- une portion de protection annulaire décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne, la portion de protection annulaire étant délimitée intérieurement par au moins une surface de protection convergente, la surface de protection convergente étant annulaire et convergeant en direction de la lèvre d'étanchéité,
- une gorge annulaire débouchant vers l'intérieur de la bague d'étanchéité interne, la gorge annulaire étant disposée entre la lèvre d'étanchéité et la surface de protection convergente, et
- un élément d'étanchéité externe distinct de la bague d'étanchéité interne et monté autour de la bague d'étanchéité interne, l'élément d'étanchéité externe étant annulaire et destiné à prendre appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire.
Un tel dispositif d'étanchéité assure une étanchéité satisfaisante à grande vitesse de translation et importante fréquence de frappe du piston de frappe, et un faible frottement sur le piston de frappe, donc un faible échauffement par friction de la lèvre d'étanchéité.
En outre, la configuration de la surface de protection convergente permet de former, avec la surface extérieure du piston de frappe, un gicleur annulaire progressif adapté pour réduire progressivement l'épaisseur et le débit du fluide incompressible s'écoulant en direction de la lèvre d'étanchéité, et donc de diminuer l'amplitude des pics de pression générés par des mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible commandant les déplacements du piston de frappe.
De plus, la présence de la gorge annulaire entre la lèvre d'étanchéité et la surface de protection convergente permet de diminuer la vitesse d'arrivée du fluide incompressible sur la lèvre d'étanchéité de par l'augmentation de la surface de passage du fluide incompressible, ce qui permet encore d'amortir les pics de pression résiduels.
Ainsi, la configuration de la bague d'étanchéité interne du deuxième type de dispositif d'étanchéité précité permet de réduire fortement l'amplitude des pics de pression évoqués précédemment, et donc d'éviter une rupture de la lèvre d'étanchéité. De ce fait, le deuxième type de dispositif d'étanchéité précité présente une fiabilité accrue. Toutefois, un problème rencontré avec le deuxième type de dispositif d'étanchéité précité réside dans le fait que des potentielles vibrations radiales du piston de frappe sont susceptibles d'engendrer une montée en pression dans la gorge annulaire située entre la lèvre d'étanchéité et surface de protection convergente.
La conséquence d'une telle montée en pression dans la gorge annulaire est un agrandissement indésirable du diamètre intérieur de la portion de protection annulaire, nuisant ainsi à l'efficacité de la portion de protection annulaire, et exposant par conséquent la lèvre d'étanchéité aux pics de pression générés par l'écoulement du fluide incompressible. Or, une telle exposition de la lèvre d'étanchéité aux pics de pression peut entraîner la destruction de la lèvre d'étanchéité.
De plus, si les mouvements radiaux du piston de frappe arrivent à fermer localement le volume de la gorge annulaire située entre la portion de protection annulaire et la lèvre d'étanchéité, la montée en pression de la gorge annulaire peut conduire à la destruction de la bague d'étanchéité interne par surpression.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un appareil hydraulique à percussions comprenant un dispositif d'étanchéité qui soit de structure simple, économique, et fiable.
A cet effet, la présente invention concerne un appareil hydraulique à percussions, comprenant :
- un corps de guidage comprenant un alésage et une rainure de retenue annulaire ménagée sur le corps de guidage et débouchant dans l'alésage,
- un piston de frappe monté coulissant à l'intérieur de l'alésage selon une direction de déplacement et agencé pour être entraîné de façon alternative par un fluide incompressible,
- un premier passage de fluide et un deuxième passage de fluide qui sont situés de part et d'autre de la rainure de retenue annulaire et qui sont chacun définis entre le corps de guidage et le piston de frappe, le premier passage de fluide étant situé à proximité d'une première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et reliant fluidiquement la rainure de retenue annulaire à un circuit de fluide incompressible associé au mouvement alternatif du piston de frappe, le deuxième passage de fluide reliant fluidiquement la rainure de retenue annulaire à un circuit de fluide compressible et étant situé à proximité d'une deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire qui est opposée à la première paroi latérale, et - un dispositif d'étanchéité monté dans la rainure de retenue annulaire de manière à réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide et le deuxième passage de fluide, le dispositif d'étanchéité comprenant :
- une bague d'étanchéité interne comprenant :
- une portion d'étanchéité interne qui est annulaire et qui comporte une lèvre d'étanchéité destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe,
- une portion de protection annulaire décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne, la portion de protection annulaire étant délimitée intérieurement par au moins une surface de protection convergente, la surface de protection convergente étant annulaire et convergeant en direction de la lèvre d'étanchéité,
- une gorge annulaire débouchant vers l'intérieur de la bague d'étanchéité interne, la gorge annulaire étant disposée entre la lèvre d'étanchéité et la surface de protection convergente, et
- au moins un canal d'équilibrage comprenant une première extrémité débouchant dans la gorge annulaire et une deuxième extrémité débouchant dans une surface extérieure de la portion de protection annulaire, l'au moins un canal d'équilibrage étant configuré pour relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide, et
- un élément d'étanchéité externe distinct de la bague d'étanchéité interne et monté autour de la bague d'étanchéité interne, l'élément d'étanchéité externe étant annulaire et destiné à prendre appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire.
La présence de l'au moins un canal d'équilibrage permet, lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est activité et en cas de mouvement radial violent du piston de frappe, de relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide et donc au circuit de fluide incompressible de l'appareil hydraulique à percussions. La pression dans la gorge annulaire reste alors proche de la pression du circuit de fluide incompressible qui n'est pas soumis aux vibrations radiales du piston de frappe.
Par conséquent, la présence de l'au moins un canal d'équilibrage permet de maintenir l'efficacité de la portion de protection annulaire contre les pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et donc de maintenir la fiabilité du dispositif d'étanchéité, y compris en cas de mouvement radial violent du piston de frappe.
L'appareil hydraulique à percussions peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est prévu sur la portion de protection annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est orientée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire comporte une gorge d'équilibrage annulaire ménagée une surface extérieure de la portion de protection annulaire, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouchant dans la gorge d'équilibrage annulaire. De façon avantageuse, la gorge d'équilibrage annulaire est sensiblement coaxiale au piston de frappe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouche dans une surface d'extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage présente un diamètre compris entre 0,4 et 1,2 mm, et par exemple d'environ 0,7 mm.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chacun des premier et deuxième passages de fluide est annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de fluide compressible est un circuit d'air lubrifié sous pression configuré pour refroidir et lubrifier des organes mécaniques de l'appareil hydraulique à percussions.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil hydraulique à percussions est configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide, c'est- à-dire lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est stoppé, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est obturée par l'élément d'étanchéité externe ou par la première paroi latérale.
Lorsque la pression du fluide compressible augmente à une valeur supérieure à celle du fluide incompressible, principalement lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est arrêté, la bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe sont poussés par la pression du fluide compressible vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire recevant le dispositif d'étanchéité, et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est obturée par l'élément d'étanchéité externe ou par la première paroi latérale. En outre, l'élément d'étanchéité externe vient exercer un effort radial principalement sur la portion de protection annulaire, et l'intersection de la gorge annulaire avec la portion de protection annulaire devient alors une arête d'étanchéité, de telle sorte que la gorge annulaire située entre la portion d'étanchéité interne et la portion de protection annulaire n'est plus en communication fluidique avec le circuit de fluide incompressible. Par conséquent, les circuits de fluide compressible et incompressible sont de nouveau bien séparés.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil hydraulique à percussions est configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide, c'est-à-dire principalement lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est activé, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est libérée de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide via l'au moins un canal d'équilibrage. En particulier, lorsque la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est libérée, le dispositif d'étanchéité autorise un écoulement de fluide incompressible depuis la gorge annulaire et à travers l'au moins un canal d'équilibrage et une évacuation dudit fluide incompressible à travers la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage.
Lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est activé (c'est-à- dire lorsque la percussion de l'appareil hydraulique est activée), le fluide incompressible est sous une pression supérieure à celle du fluide compressible. La bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe sont donc poussés par le fluide incompressible au contact de la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire. Dans cette position normale de travail, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est libérée et le dispositif d'étanchéité sépare efficacement le fluide incompressible du fluide compressible. En effet, la lèvre d'étanchéité est protégée, par la portion de protection annulaire, des pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et le dispositif d'étanchéité, et en particulier la portion de protection annulaire, est protégé des pics de pressions engendrés par le mouvement radial potentiel du piston de frappe par l'au moins un canal d'équilibrage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe est déplaçable et/ou déformable entre une configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe obture la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage, et une configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe libère la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire est agencée pour délimiter un passage d'écoulement annulaire avec le piston de frappe au moins lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la lèvre d'étanchéité fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à la portion de protection annulaire.
Avantageusement, l'élément d'étanchéité externe est agencé pour exercer un effort de compression sur la portion d'étanchéité interne au moins lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe est agencé pour exercer un effort de compression sur la portion de protection annulaire au moins lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la gorge annulaire est délimitée par la lèvre d'étanchéité et la portion de protection annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente s'étend à partir d'une extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente présente un angle au sommet compris entre 10 et 40°. De ce fait, les composantes axiales des forces hydrauliques résultant des pics de pression restent faibles sur la surface de protection convergente.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire s'étend longitudinalement sur plus de la moitié de la longueur de la bague d'étanchéité interne. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente s'étend longitudinalement sur au moins 20% de la longueur de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire est délimitée intérieurement en outre par une surface de protection divergente qui est annulaire et qui diverge en direction de la lèvre d'étanchéité, la surface de protection divergente étant disposée entre la surface de protection convergente et la lèvre d'étanchéité, et délimitant au moins en partie la gorge annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouche dans la surface de protection divergente.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente présente un angle au sommet inférieur à 140°, et par exemple inférieur à 90°.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente présente une hauteur radiale d'au moins 5/10ème de millimètre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente et/ou la surface de protection divergente sont sensiblement tronconiques.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire est délimitée intérieurement en outre par une surface de protection intermédiaire sensiblement cylindrique et disposée entre la surface de protection convergente et la gorge annulaire. La présence d'une telle surface de protection intermédiaire permet de former, avec la surface extérieure du piston de frappe, un gicleur annulaire adapté pour réduire fortement le débit du fluide incompressible en provenance de la surface de protection convergente, et donc les fluctuations de pression associées. Il en résulte une protection encore améliorée de la lèvre d'étanchéité.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection intermédiaire est disposée entre la surface de protection convergente et la surface de protection divergente.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection intermédiaire s'étend dans le prolongement de la surface de protection convergente.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente s'étend dans le prolongement de la surface de protection intermédiaire. Une telle disposition de la surface de protection divergente permet de transformer la composante purement axiale de la vitesse du fluide incompressible en provenance de la surface de protection intermédiaire en une composante axiale et une composante radiale, et donc de diminuer encore la vitesse d'arrivée du fluide incompressible sur la lèvre d'étanchéité.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins l'une parmi les surfaces de protection convergente, intermédiaire et divergente s'étend sensiblement coaxialement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne. De façon avantageuse, les surfaces de protection convergente, intermédiaire et divergente s'étendent sensiblement coaxialement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe comporte une portion d'appui annulaire qui est montée autour de la portion d'étanchéité interne, et qui prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe comporte une portion de maintien annulaire qui est montée autour de la portion de protection annulaire, et qui prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire. Ces dispositions permettent de maintenir l'espace entre le piston de frappe et les différentes surfaces de protection sensiblement constant quelle que soit la pression du fluide incompressible. Il en résulte une protection contre les pics de pression du fluide quasiment indépendante du niveau de pression moyen de ce dernier.
Selon une première alternative de l'invention, la portion de maintien annulaire vient de matière avec la portion d'appui annulaire. En d'autres termes, la portion de maintien annulaire et la portion d'appui annulaire sont réalisées en une seule pièce.
Avantageusement, la portion de maintien annulaire est agencé pour exercer un effort de compression sur la portion de protection annulaire au moins lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide.
De préférence, la portion de maintien est décalée axialement de la portion d'appui annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion d'appui annulaire et la portion de maintien annulaire comportent respectivement une première et une deuxième surface d'appui internes, et la portion d'étanchéité interne et la portion de protection annulaire comportent respectivement une première et une deuxième surfaces d'appui externes agencées pour coopérer respectivement avec les première et deuxième surfaces d'appui internes. Ces dispositions permettent d'augmenter les frottements exercés sur la surface extérieure de la bague d'étanchéité interne, et ainsi de limiter, lors d'une éventuelle rotation du piston de frappe autour de son axe longitudinal, les risques de rotation relative entre la bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe. Il en résulte une diminution des risques d'usure du dispositif d'étanchéité au niveau de l'interface entre la bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe, et donc des risques de fuite entre le corps de guidage et le piston de frappe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la gorge d'équilibrage annulaire est ménagée sur la deuxième surface d'appui externe de la portion de protection annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième surface d'appui externe ménagée sur la portion de protection annulaire est sensiblement cylindrique et s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième surface d'appui externe ménagée sur la portion de protection annulaire est concave.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui internes sont sensiblement cylindriques et s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui externes sont sensiblement cylindriques et s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui externes s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague d'étanchéité interne comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein externe annulaire. La présence de tels chanfreins permet de faciliter le montage du dispositif d'étanchéité dans la rainure de retenue annulaire ménagée sur le corps de guidage, et également d'éviter un endommagement de la bague d'étanchéité interne sur les arêtes de la rainure de retenue annulaire, c'est-à-dire les arêtes délimitées par les parois latérales de la rainure de retenue et la paroi intérieure du corps de guidage, qui pourrait nuire à l'étanchéité entre le dispositif d'étanchéité et le piston de frappe. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein externe annulaire s'étend longitudinalement et radialement sur au moins 2/10ème de millimètre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein externe annulaire présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein interne annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein interne annulaire présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est incliné par rapport à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage s'étend sensiblement parallèlement par rapport à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague d'étanchéité interne comprend une pluralité de canaux d'équilibrage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la lèvre d'étanchéité comporte une arête d'étanchéité destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection intermédiaire comprend un diamètre interne compris entre une valeur minimale correspondant au diamètre interne de la lèvre d'étanchéité majoré de l/10ème de millimètre et une valeur maximale correspondant au diamètre externe du piston de frappe majoré de 1 millimètre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre interne de la bague d'étanchéité interne, au niveau de la face d'extrémité de la portion de protection annulaire tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire, est supérieur ou égal au diamètre de l'alésage, au niveau de l'extrémité du premier passage de fluide tournée vers la bague d'étanchéité interne.
En d'autres termes, la hauteur radiale de la bague d'étanchéité interne, au niveau de la face d'extrémité de la portion de protection annulaire opposée à la portion d'étanchéité interne, est supérieure ou égale à la hauteur radiale de l'extrémité du premier passage de fluide tournée vers la bague d'étanchéité interne. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'étanchéité est configuré pour réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide et le deuxième passage de fluide quelles que soient les conditions de fonctionnement de l'appareil hydraulique à percussions, et en particulier aussi bien lorsque la deuxième extrémité de l'au moins canal d'équilibrage est obturée que lorsque la deuxième extrémité de l'au moins canal d'équilibrage est libérée, c'est-à-dire aussi bien lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide que lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'étanchéité est configuré pour empêcher le fluide compressible provenant du deuxième passage de fluide de pénétrer dans le premier passage de fluide lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide. En particulier, le dispositif d'étanchéité est configuré pour empêcher le fluide compressible provenant du deuxième passage de fluide de s'écouler à travers la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire comprend au moins une encoche radiale débouchant dans la face d'extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire comprend au moins une encoche radiale débouchant dans la face d'extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est débouchant uniquement au niveau de ses première et deuxième extrémités. En d'autres termes, l'au moins un canal d'équilibrage est intégralement ménagé dans la matière de la bague d'étanchéité interne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est globalement tubulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil hydraulique à percussions est configuré de telle sorte que :
- lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et l'élément d'étanchéité externe est déplacé et/ou déformé dans la configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe obture la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage ;
- lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et l'élément d'étanchéité externe est déplacé et/ou déformé dans la configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe libère la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide via l'au moins un canal d'équilibrage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe est déplaçable axialement entre la configuration d'obturation et la configuration de libération.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouche dans une surface circonférentielle externe de la portion de protection annulaire.
De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet appareil hydraulique à percussions.
Figure 1 est une vue partielle en coupe d'un appareil hydraulique à percussions selon un premier mode de réalisation de l'invention et qui est équipé d'un dispositif d'étanchéité montré dans une configuration de percussion.
Figure 2 est une vue partielle en coupe de l'appareil hydraulique à percussions de la figure 1 montrant le dispositif d'étanchéité dans une configuration d'arrêt de percussion.
Figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif d'étanchéité selon un deuxième mode de réalisation de l'invention et qui est montré dans une configuration de percussion.
Figure 4 est une vue en coupe du dispositif d'étanchéité de la figure 3 dans une configuration d'arrêt de percussion.
Figure 5 est une vue en coupe d'un dispositif d'étanchéité selon un troisième mode de réalisation de l'invention et qui est montré dans une configuration de percussion. Les figures 1 et 2 représentent un appareil hydraulique à percussions 2 équipé d'un corps de guidage 3 comprenant un alésage 4 et une rainure de retenue annulaire 5 débouchant dans l'alésage 4, et d'un piston de frappe 6 de forme cylindrique monté coulissant à l'intérieur de l'alésage 4 selon une direction de déplacement D et agencé pour être entraîné en translation de façon alternative par un fluide incompressible, tel que de l'huile hydraulique.
L'appareil hydraulique à percussions 2 comprend en outre un premier passage de fluide 7 et un deuxième passage de fluide 8 qui sont annulaires et coaxiaux, et qui sont situés de part et d'autre de la rainure de retenue annulaire 5. Chacun des premier et deuxième passages de fluide 7, 8 est délimité entre le corps de guidage 3 et le piston de frappe 6.
Le premier passage de fluide 7 est situé à proximité d'une première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5 et relie fluidiquement la rainure de retenue annulaire 5 à un circuit de fluide incompressible associé au mouvement alternatif du piston de frappe 6, tandis que le deuxième passage de fluide 8 relie fluidiquement la rainure de retenue annulaire 5 à un circuit de fluide compressible et est situé à proximité d'une deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5 qui est opposée à la première paroi latérale 9. Le circuit de fluide compressible peut par exemple être un circuit d'air lubrifié sous pression configuré pour refroidir et/ou lubrifier des organes mécaniques de l'appareil hydraulique à percussions 2.
L'appareil hydraulique à percussions 2 comprend de plus un dispositif d'étanchéité 12 monté dans la rainure de retenue annulaire 5 de manière à réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide 7 et le deuxième passage de fluide 8, et plus particulièrement de manière à empêcher un passage de fluide incompressible du premier passage de fluide 7 vers le deuxième passage de fluide 8, et de manière à empêcher un passage de fluide compressible du deuxième passage de fluide 8 vers le premier passage de fluide 7.
Le dispositif d'étanchéité 12 comprend une bague d'étanchéité interne 13. La bague d'étanchéité interne 13 peut être réalisée en plastique dur, et par exemple à base de PTFE, PEEK, PU. La bague d'étanchéité interne 13 comprend une portion d'étanchéité interne 14 annulaire qui est pourvue d'une lèvre d'étanchéité annulaire 15 destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe 6. Avantageusement, la lèvre d'étanchéité 15 comporte une arête d'étanchéité 16 destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe 6. La bague d'étanchéité interne 13 comprend en outre une portion de protection annulaire 17 décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne 14. La bague d'étanchéité interne 13 est conformée de telle sorte que la lèvre d'étanchéité 15 est sensiblement au même niveau ou fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à la portion de protection annulaire 17. Ainsi, la portion de protection annulaire 17 est agencée pour délimiter un passage d'écoulement annulaire P avec le piston de frappe 6 lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activé.
La portion de protection annulaire 17 est délimitée intérieurement au moins en partie par une surface de protection convergente 18, une surface de protection intermédiaire 19 et une surface de protection divergente 20 qui s'étendent sensiblement coaxialement à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13.
La surface de protection convergente 18 s'étend à partir d'une extrémité de la bague d'étanchéité interne 13, et plus particulièrement à partir d'une face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17 opposée à la portion d'étanchéité interne 14. La surface de protection convergente 18 est avantageusement tronconique et converge en direction de la lèvre d'étanchéité 15. La surface de protection convergente 18 présente par exemple un angle au sommet compris entre 2 et 40°. La surface de protection convergente 18 peut par exemple en outre s'étendre longitudinalement sur au moins 20% de la longueur de la bague d'étanchéité interne 13.
La surface de protection intermédiaire 19 s'étend dans le prolongement de la surface de protection convergente 18 en direction de la lèvre d'étanchéité 15. La surface de protection intermédiaire 19 est sensiblement cylindrique, et présente de préférence un diamètre interne compris entre une valeur minimale correspondant au diamètre interne de la lèvre d'étanchéité 15 majoré de l/10ème de millimètre et une valeur maximale correspondant au diamètre externe du piston de frappe 6 majoré de 1 millimètre.
La surface de protection divergente 20 s'étend dans le prolongement de la surface de protection intermédiaire 19. La surface de protection divergente 20 est tronconique et diverge en direction de la lèvre d'étanchéité 15. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente 20 présente une hauteur radiale d'au moins 5/10ème de millimètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente 20 présente un angle au sommet inférieur à 140°.
La bague d'étanchéité interne 13 comprend également une gorge annulaire 22 tournée vers le piston de frappe 6, la gorge annulaire 22 étant délimitée par la lèvre d'étanchéité 15 et la surface de protection divergente 20. La gorge annulaire 22 est avantageusement sensiblement coaxiale au piston de frappe 6.
La bague d'étanchéité interne 13 comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein externe annulaire 23, 24. Chaque chanfrein externe annulaire 23, 24 peut par exemple s'étendre longitudinalement et radialement sur au moins 2/10ème de millimètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein externe annulaire 23, 24 présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13.
Le diamètre interne de la bague d'étanchéité interne 13, au niveau de la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17 opposée à la portion d'étanchéité interne 14, est supérieur ou égal au diamètre de l'alésage 5, au niveau de l'extrémité du premier passage de fluide 7 tournée vers la bague d'étanchéité interne 13. En d'autres termes, la hauteur radiale de la bague d'étanchéité interne 13, au niveau de la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17, est supérieure ou égale à la hauteur radiale de l'extrémité du premier passage de fluide 7 tournée vers la bague d'étanchéité interne 13. Ces dispositions permettent d'éviter que le fluide incompressible en provenance du premier passage de fluide 7 ne vienne heurter frontalement la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17, ce qui endommagerait rapidement la bague d'étanchéité interne 13.
La bague d'étanchéité interne 13 comporte également un canal d'équilibrage 25 ou plusieurs canaux d'équilibrage 25 prévu(s) sur la portion de protection annulaire 17. Le ou chaque canal d'équilibrage 25 comprend une première extrémité débouchant dans la gorge annulaire 22, et plus particulièrement dans la surface de protection divergente 20, et une deuxième extrémité débouchant dans une surface extérieure de la portion de protection annulaire 17. De façon avantageuse, la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est orientée vers la première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le ou chaque canal d'équilibrage 25 s'étend sensiblement parallèlement par rapport à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13, et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 débouche dans la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17.
Le dispositif d'étanchéité 2 comprend en outre un élément d'étanchéité externe 26 distinct de la bague d'étanchéité interne 13 et monté autour de la bague d'étanchéité interne 13. L'élément d'étanchéité externe 26 est annulaire et prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire 5. L'élément d'étanchéité externe 26 peut par exemple être réalisé en élastomère.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'élément d'étanchéité externe 26 comporte une portion d'appui annulaire 26.1 qui est montée autour de la portion d'étanchéité interne 14 et qui prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire 5, et une portion de maintien annulaire 26.2 qui est montée autour de la portion de protection annulaire 17 et qui prend également appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire 5. La portion de maintien annulaire 26.2 est ainsi décalée axialement par rapport à la portion d'appui annulaire 26.1.
De façon avantageuse, la portion d'appui annulaire 26.1 est agencée pour exercer un effort de compression sur la portion d'étanchéité interne 14 au moins lorsque la pression dans le premier passage de fluide 7 est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide 8, et la portion de maintien annulaire 26.2 est agencée pour exercer un effort de compression sur la portion de protection annulaire 17 au moins lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7.
La portion d'appui annulaire 26.1 et la portion de maintien annulaire 26.2 comportent respectivement une première et une deuxième surface d'appui internes 27, 28, et la portion d'étanchéité interne 14 et la portion de protection annulaire 17 comportent respectivement une première et une deuxième surfaces d'appui externes 29, 31 agencées pour coopérer respectivement avec les première et deuxième surfaces d'appui internes 27, 28. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la première surface d'appui externe 29 ménagée sur la portion d'étanchéité interne 14 est sensiblement cylindrique et s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13, tandis que la deuxième surface d'appui externe 31 ménagée sur la portion de protection annulaire 17 est concave.
L'appareil hydraulique à percussions 2 est plus particulièrement configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le premier passage de fluide 7 est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide 8, c'est-à-dire lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activé, la bague d'étanchéité interne 13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont déplacés par la pression du fluide incompressible au contact de la deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5 et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est libérée de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire 22 au premier passage de fluide 7 via le ou chaque canal d'équilibrage 25. En particulier, lorsque la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est libérée, le dispositif d'étanchéité
12 autorise un écoulement de fluide incompressible depuis la gorge annulaire 22 et à travers le ou chaque canal d'équilibrage 25 et une évacuation dudit fluide incompressible à travers la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25. La pression dans la gorge annulaire 22 reste alors proche de la pression du circuit de fluide incompressible qui n'est pas soumis directement aux vibrations radiales du piston de frappe 6.
Ainsi, lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activé, la lèvre d'étanchéité 15 est protégée, par la portion de protection annulaire 17, des pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et la portion de protection annulaire 17 est protégée des pics de pressions engendrés par le mouvement radial potentiel du piston de frappe 6 par le ou chaque canal d'équilibrage 25.
Par conséquent, la présence du ou de chaque canal d'équilibrage 25 permet de maintenir l'efficacité de la portion de protection annulaire 17 contre les pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et donc de maintenir la fiabilité du dispositif d'étanchéité 12, y compris en cas de mouvement radial violent du piston de frappe 6.
L'appareil hydraulique à percussions 2 est en outre configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7, c'est-à-dire principalement lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est stoppé, la bague d'étanchéité interne
13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont déplacés par la pression du fluide compressible au contact de la première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5 et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est obturée par la première paroi latérale 9.
En outre, du fait que la portion de maintien annulaire 26.2 exerce un effort de compression sur la portion de protection annulaire 17 lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7, l'intersection de la gorge annulaire 22 avec la surface de protection intermédiaire 19 devient alors une arête d'étanchéité, de telle sorte que la gorge annulaire 22 est isolée fluidiquement du circuit de fluide incompressible, ce qui assure une séparation des circuits de fluide compressible et incompressible même en cas de soulèvement de la lèvre d'étanchéité 15. Les figures 3 et 4 représentent un dispositif d'étanchéité 12 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui diffère du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 essentiellement en ce que le ou chaque canal d'équilibrage 25 est incliné par rapport à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13, et en ce que l'élément d'étanchéité externe 26 est déplaçable axialement entre une configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe 26 obture la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25, et une configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe 26 libère la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25.
Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 débouche dans une surface circonférentielle externe de la portion de protection annulaire 17, et plus particulièrement dans la deuxième surface d'appui externe 31 de la portion de protection annulaire 17.
En outre, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui externes 29, 31 sont sensiblement cylindriques et s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13 et dans le prolongement l'une de l'autre.
Comme montré sur les figures 3 et 4, l'élément d'étanchéité externe 26 peut comporter en outre, à chacune de ses extrémités, un chanfrein interne annulaire 32, 33. Chaque chanfrein interne annulaire 32, 33 peut par exemple s'étendre longitudinalement et radialement sur au moins 2/10ème de millimètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein interne annulaire 32, 33 présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13.
De plus, la portion de protection annulaire 17 peut également comprendre au moins une encoche radiale 34 débouchant dans la face d'extrémité 21 de la bague d'étanchéité interne 13 et au moins une encoche radiale 35 débouchant dans la face d'extrémité 36 de la bague d'étanchéité interne 13 tournée vers la deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5.
En fonctionnement normal de l'appareil hydraulique à percussions 2, lorsque la pression dans le premier passage de fluide 7 est plus importante que la pression dans le deuxième passage de fluide 8, la bague d'étanchéité interne 13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont déplacés par la pression du fluide incompressible au contact de la deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5 et l'élément d'étanchéité externe 26 libère la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire 22 au premier passage de fluide 7 via le ou chaque canal d'équilibrage 25.
Ainsi, les fluctuations de pression axiales, générées par les mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible s'écoulant dans le premier passage de fluide 7, sont atténuées par la surface de protection convergente 18, la surface de protection intermédiaire 19 et la surface de protection divergente 20.
En outre, d'éventuelles surpressions engendrées dans la gorge annulaire 22 par des mouvements radiaux du piston de frappe 6 sont évacuées via le ou chaque canal d'équilibrage 25, de telle sorte que la pression dans la gorge annulaire 22 reste alors proche de la pression du circuit de fluide incompressible.
Compte tenu de la configuration particulière du ou de chaque canal d'équilibrage 25, les fluctuations de pression axiales provenant du premier passage de fluide 7 ne s'écoulent pas directement dans le ou chaque canal d'équilibrage 25, mais s'écoulent préalablement le long de la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17 et de la deuxième surface d'appui externe 31 et sont donc atténuées par la face d'extrémité 21 et la deuxième surface d'appui externe 31. Ces fluctuations de pression axiales sont également atténuées du fait de la configuration inclinée du ou de chaque canal d'équilibrage 25.
Par conséquent, la présence du ou de chaque canal d'équilibrage 25, qui assure une protection contre les vibrations radiales à l'appareil hydraulique à percussions 2, ne nuit pas à la protection contre les vibrations axiales assurée par la surface de protection convergente 18, la surface de protection intermédiaire 19 et la surface de protection divergente 20.
Lorsque l'appareil hydraulique à percussions 2 est au repos, la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7, la bague d'étanchéité interne 13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont alors déplacés par la pression du fluide compressible au contact de la première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5 et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est obturée par l'élément d'étanchéité externe 26.
Le fluide compressible en provenance du deuxième passage de fluide 8 peut, par fuite de la lèvre d'étanchéité 15, s'écouler dans la gorge annulaire 22. La surface de protection intermédiaire 19 vient alors faire étanchéité sur le piston de frappe 6, car l'élément d'étanchéité externe 26 vient appuyer sur la deuxième surface d'appui externe 31 de la portion de protection annulaire 17 et la fait pivoter vers le piston de frappe 6. La deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 étant obstruée par l'élément d'étanchéité externe 26, le risque de fuite du fluide compressible dans premier passage de fluide 7 est ainsi sensiblement réduit. De plus, bien que la matière de la bague d'étanchéité interne 13 puisse être très dure, l'étanchéité au niveau de la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est garantie du fait que l'élément d'étanchéité externe 26 est généralement en matériau plus mou que le matériau de la bague d'étanchéité interne 13.
Ainsi, les risques de fuite de fluide via la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 lorsque l'appareil hydraulique à percussions 2 est au repos sont relativement faibles voire nuis.
La figure 5 représente un dispositif d'étanchéité 12 selon un troisième mode de réalisation de l'invention qui diffère du deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 essentiellement en ce que la portion de protection annulaire 17 comporte une gorge d'équilibrage annulaire 37 ménagée une surface extérieure de la portion de protection annulaire 17, et en ce que la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 débouche dans la gorge d'équilibrage annulaire 37. De façon avantageuse, la gorge d'équilibrage annulaire 37 est sensiblement coaxiale au piston de frappe 6, et est ménagée sur la deuxième surface d'appui externe 31 de la portion de protection annulaire 17.
La présence d'une telle gorge d'équilibrage annulaire 37 facilite l'usinage du ou de chaque canal d'équilibrage 25 ainsi que l'évacuation du fluide incompressible en direction du premier passage de fluide 7 lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activité et en cas de mouvement radial violent du piston de frappe 6.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet appareil hydraulique à percussions, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil hydraulique à percussions (2), comprenant :
- un corps de guidage (3) comprenant un alésage (4) et une rainure de retenue annulaire (5) ménagée sur le corps de guidage (3) et débouchant dans l'alésage (4),
- un piston de frappe (6) monté coulissant à l'intérieur de l'alésage (4) selon une direction de déplacement (D) et agencé pour être entraîné de façon alternative par un fluide incompressible,
- un premier passage de fluide (7) et un deuxième passage de fluide (8) qui sont situés de part et d'autre de la rainure de retenue annulaire (5) et qui sont chacun définis entre le corps de guidage (3) et le piston de frappe (6), le premier passage de fluide (7) étant situé à proximité d'une première paroi latérale (9) de la rainure de retenue annulaire (5) et reliant fluidiquement la rainure de retenue annulaire (5) à un circuit de fluide incompressible associé au mouvement alternatif du piston de frappe (6), le deuxième passage de fluide (8) reliant fluidiquement la rainure de retenue annulaire (5) à un circuit de fluide compressible et étant situé à proximité d'une deuxième paroi latérale (11) de la rainure de retenue annulaire (5) qui est opposée à la première paroi latérale (9), et
- un dispositif d'étanchéité (12) monté dans la rainure de retenue annulaire (5) de manière à réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide (7) et le deuxième passage de fluide (8), le dispositif d'étanchéité (12) comprenant :
- une bague d'étanchéité interne (13) comprenant :
- une portion d'étanchéité interne (14) qui est annulaire et qui comporte une lèvre d'étanchéité (15) destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe (6),
- une portion de protection annulaire (17) décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne (14), la portion de protection annulaire (17) étant délimitée intérieurement par au moins une surface de protection convergente (18), la surface de protection convergente (18) étant annulaire et convergeant en direction de la lèvre d'étanchéité (15),
- une gorge annulaire (22) débouchant vers l'intérieur de la bague d'étanchéité interne (13), la gorge annulaire (22) étant disposée entre la lèvre d'étanchéité (15) et la surface de protection convergente (18), et
- au moins un canal d'équilibrage (25) comprenant une première extrémité débouchant dans la gorge annulaire (22) et une deuxième extrémité débouchant dans une surface extérieure de la portion de protection annulaire (17), l'au moins un canal d'équilibrage (25) étant configuré pour relier fluidiquement la gorge annulaire (22) au premier passage de fluide (7) lorsque la pression dans le premier passage de fluide (7) est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide (8), et
- un élément d'étanchéité externe (26) distinct de la bague d'étanchéité interne (13) et monté autour de la bague d'étanchéité interne (13), l'élément d'étanchéité externe (26) étant annulaire et destiné à prendre appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire (5).
2. Appareil hydraulique à percussions (2) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage (25) est orientée vers la première paroi latérale (9) de la rainure de retenue annulaire (5).
3. Appareil hydraulique à percussions (2) selon la revendication 1 ou 2, lequel est configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide (8) est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide (7), le dispositif d'étanchéité (12) est déplacé au contact de la première paroi latérale (9) de la rainure de retenue annulaire (5) et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage (25) est obturée par l'élément d'étanchéité externe (26) ou par la première paroi latérale (9).
4. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lequel est configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le premier passage de fluide (7) est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide (8), le dispositif d'étanchéité (12) est déplacé au contact de la deuxième paroi latérale (11) de la rainure de retenue annulaire (5) et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage (25) est libérée de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire (22) au premier passage de fluide (7) via l'au moins un canal d'équilibrage (25).
5. Appareil hydraulique à percussions (2) selon les revendications 3 et 4, dans lequel le dispositif d'étanchéité (12) est configuré pour réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide (7) et le deuxième passage de fluide (8) aussi bien lorsque la deuxième extrémité de l'au moins canal d'équilibrage (25) est obturée que lorsque la deuxième extrémité de l'au moins canal d'équilibrage (25) est libérée.
6. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément d'étanchéité externe (26) est déplaçable et/ou déformable entre une configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe (26) obture la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage (25), et une configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe (26) libère la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage (25).
7. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la portion de protection annulaire (17) est agencée pour délimiter un passage d'écoulement annulaire (P) avec le piston de frappe (6).
8. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la surface de protection convergente (18) s'étend à partir d'une extrémité de la bague d'étanchéité interne (13) tournée vers la première paroi latérale (9) de la rainure de retenue annulaire (5).
9. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la portion de protection annulaire (17) est délimitée intérieurement en outre par une surface de protection divergente (20) qui est annulaire et qui diverge en direction de la lèvre d'étanchéité (15), la surface de protection divergente (20) étant disposée entre la surface de protection convergente (18) et la lèvre d'étanchéité (15), et délimitant au moins en partie la gorge annulaire (22).
10. Appareil hydraulique à percussions (2) selon la revendication 9, dans lequel la première extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage (25) débouche dans la surface de protection divergente (20).
11. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la portion de protection annulaire (17) est délimitée intérieurement en outre par une surface de protection intermédiaire (19) sensiblement cylindrique et disposée entre la surface de protection convergente (18) et la gorge annulaire (22).
12. Appareil hydraulique à percussions (2) selon les revendications 9 et 11, dans lequel la surface de protection intermédiaire (19) est disposée entre la surface de protection convergente (18) et la surface de protection divergente (20).
13. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la bague d'étanchéité interne (13) comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein externe annulaire (23, 24).
14. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'élément d'étanchéité externe (26) comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein interne annulaire (32, 33).
15. Appareil hydraulique à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel l'au moins un canal d'équilibrage (25) est débouchant uniquement au niveau de ses première et deuxième extrémités.
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