FR2758377A1 - Bague d'etancheite coaxiale - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une bague d'étanchéité comprenant une partie contournée annulaire (22) ayant des première et seconde extrémités entre lesquelles s'étendent une surface concave et une surface convexe qui forme une première surface d'étanchéité radiale (34) orientée dans une première direction; une première branche annulaire (24) s'étendant vers l'extérieur de la première extrémité de la partie (22) à une première extrémité libre et comportant une seconde surface d'étanchéité radiale (36) orientée dans une seconde direction opposée à la première, et une première section courbe annulaire située entre la surface d'étanchéité (36) et la partie (22); et une seconde branche annulaire (26) s'étendant vers l'extérieur de la seconde extrémité de la partie (22) à une seconde extrémité libre et comportant une troisième surface d'étanchéité radiale (38) orientée dans la seconde direction, et une seconde section courbe annulaire située entre la surface d'étanchéité (38) et la partie (22).par.
Description
Bague d'étanchéité coaxiale La présente invention concerne des bagues
d'obturation étanches aux fluides destinées à être utilisées dans des systèmes renfermant des fluides, en particulier dans des applications pneumatiques, telles que des turbo-moteurs. Elle concerne plus précisément une bague d'étanchéité radiale destinée à réaliser une étanchéité radiale entre deux
surfaces coaxiales.
Des bagues d'étanchéité métalliques élastiques sont couramment utilisées dans un grand nombre d'applications en raison de leur aptitude à s'adapter de manière répétée à des variations de longueurs importantes dues aux dilatations et aux contractions thermiques d'ensembles qui les entourent et/ou qui viennent en prise avec elles dans un contact d'étanchéité. Par exemple, dans les parties chaudes d'un turbo-moteur à gaz d'avion, un joint d'étanchéité est souvent utilisé entre deux corps ou organes annulaires concentriques à travers lesquels circule un fluide à pression et température élevées. Ces bagues d'étanchéité présentent de nombreuses configurations qui dépendent habituellement de la cavité qui doit être rendue étanche. En outre, un joint d'étanchéité doit être créé entre des éléments constitutifs situés à des distances variables les uns des autres en fonction des tolérances de fabrication des éléments de l'ensemble ainsi que de leur dilatation thermique relative pendant le fonctionnement de l'ensemble. La bague d'étanchéité doit être capable d'épouser la forme de surfaces
non planes pour limiter les fuites.
Par conséquent, de nombreux types et configurations de joints d'étanchéité ont été utilisés pour empêcher un fluide de s'échapper d'un raccord ou d'une jonction dans des systèmes d'adduction ou d'autres éléments. Bien que ces joints d'étanchéité soient efficaces dans de nombreux cas, on a depuis longtemps besoin d'une bague d'étanchéité métallique élastique capable d'assurer une obturation hermétique entre deux surfaces cylindriques susceptibles de subir des taux de dilatation différents en raison de leur différence de
températures et/ou de coefficients de dilatation thermique.
Le problème fondamental qui se pose avec un joint d'étanchéité de ce type est que la dilatation des surfaces
cylindriques a tendance à comprimer le joint d'étanchéité au-
delà de sa plage élastique, ce qui empêche le joint d'étanchéité de reprendre une configuration d'étanchéité une fois le cycle de dilatation terminé. Autrement dit, la largeur en section transversale de la bague d'étanchéité est réduite de manière permanente, ce qui provoque un début de fuite pratiquement dès que les surfaces cylindriques dilatées différemment commencent à retrouver leurs dimensions initiales. Ceci résulte habituellement de déformations en
flexion importantes des joints d'étanchéité.
Des exemples de bagues d'étanchéité de l'art antérieur sont décrits dans les brevets américains n 3 012 302 au nom de Waite; 3 204 971 au nom de Meriano; 3 272 521 au nom de McNenny; 3 520 544 au nom de Taylor; 3 595 588 au nom de Rode; 3 633 928 au nom de Smith; 4 067 585 au nom de Rode; 4 121 843 au nom de Halling; et 4 457 523 au nom de
Halling et consorts.
Il est donc clair pour l'homme de l'art, au vu de ce qui précède, que l'on a besoin d'une bague d'étanchéité qui permette des performances supérieures à des coûts de fabrication faibles, et qui satisfasse aux normes en vigueur en matière de contrôle de fuites tout en étant capable de supporter une déformation de surface plus grande que les bagues d'étanchéité de l'art antérieur. La présente invention se propose de répondre à ces besoins de la technique, ainsi qu'à d'autres besoins qui ressortiront de la lecture de la
présente description.
La présente invention a par conséquent pour but de proposer une bague d'étanchéité dotée d'une élasticité plus
grande dans les deux directions axiale et radiale.
L'invention a pour autre but de proposer une bague d'étanchéité qui présente des niveaux de contrainte maximale faibles. Elle a encore pour autre but de proposer une bague d'étanchéité dotée de performances supérieures à des coûts de
fabrication plus faibles.
Un but supplémentaire de la présente invention est de proposer une bague d'étanchéité dotée de plus grandes propriétés de déformation lui permettant de s'adapter à la
dilatation thermique importante engendrée dans les turbo-
moteurs modernes sans perte d'élasticité sous l'effet de contraintes, d'une relaxation de contraintes ou d'une
défaillance due à la fatigue.
Les buts ci-dessus sont atteints fondamentalement grâce à une bague d'étanchéité destinée à rendre étanches deux surfaces coaxiales l'une vis-à-vis de l'autre, caractérisée en ce qu'elle comprend une partie contournée annulaire comportant une première extrémité et une seconde extrémité entre lesquelles s'étendent une surface convexe et une surface concave, la surface convexe formant une première surface d'étanchéité radiale orientée dans une première direction radiale; une première branche annulaire qui s'étend vers l'extérieur depuis la première extrémité de la partie contournée jusqu'à une première extrémité libre et qui comporte une seconde surface d'étanchéité radiale orientée dans une seconde direction radiale sensiblement opposée à la première surface d'étanchéité radiale de la partie contournée, et une première partie courbe annulaire située entre la seconde surface d'étanchéité radiale et la partie contournée; et une seconde branche annulaire qui s'étend vers l'extérieur depuis la seconde extrémité de la partie contournée jusqu'a une seconde extrémité libre et qui comporte une troisième surface d'étanchéité radiale orientée dans la seconde direction radiale, et une seconde partie courbe annulaire située entre la troisième surface
d'étanchéité radiale et la partie contournée.
D'une manière avantageuse, au moins les première et seconde parties d'étanchéité peuvent avoir une section transversale sensiblement circulaire ou semi-circulaire et sensiblement le même rayon. Comme l'homme de l'art le
comprendra à la lecture de cette description, la surface
d'étanchéité de la partie contournée peut venir en contact étanche soit avec un élément extérieur soit avec un élément intérieur, tandis que les surfaces d'étanchéité des branches peuvent venir en contact étanche soit avec l'élément intérieur soit avec l'élément extérieur, comme cela est
visible sur les dessins annexés.
En outre, comme cela apparaîtra très clairement pour
l'homme de l'art à la lecture de cette description, les
bagues d'étanchéité conformes à la présente invention peuvent être constituées d'une ou de plusieurs couches selon les besoins et/ou les souhaits. Naturellement, l'utilisation de couches supplémentaires d'un matériau plus mince permet une plus grande déformation élastique tout en générant une force suffisamment importante pour assurer une bonne étanchéité. Un joint d'étanchéité multicouche peut par conséquent être
souhaitable dans certaines applications.
Ce qui précède, ainsi que d'autre buts, avantages et caractéristiques de la présente invention, ressortira plus
clairement de la description détaillée suivante de modes de
réalisation préférés donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle et éclatée d'une bague d'étanchéité coaxiale et de deux éléments coaxiaux, selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle de la bague d'étanchéité coaxiale de la figure 1, installée entre les deux éléments coaxiaux; la figure 3 est une vue en élévation latérale de la bague d'étanchéité des figures 1 et 2; la figure 4 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle et agrandie de la bague d'étanchéité des figures 1 à 3, réalisée suivant la ligne 4-4 de la figure 3; la figure 5 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle d'une bague d'étanchéité selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle d'une bague d'étanchéité à deux couches selon un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure 7 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle d'une bague d'étanchéité selon un quatrième mode de réalisation de l'invention; la figure 8 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle d'une bague d'étanchéité selon un cinquième mode de réalisation de l'invention; et la figure 9 est une vue en coupe transversale longitudinale partielle d'une bague d'étanchéité selon un
sixième mode de réalisation de l'invention.
Premier mode de réalisation En se référant tout d'abord aux figures 1 à 3, on peut voir un ensemble d'étanchéité 10 conforme au premier mode de réalisation de la présente invention. L'ensemble d'étanchéité comprend une bague d'étanchéité métallique élastique 12 destinée à s'appliquer d'une manière étanche contre une première surface cylindrique 14 située sur la face intérieure d'un premier corps ou élément annulaire creux extérieur 16, et contre une seconde surface cylindrique concentrique 18 située sur la face extérieure d'un second corps ou élément annulaire creux intérieur 20. La bague d'étanchéité 12 est conçue pour être comprimée radialement et dilatée axialement lorsqu'elle est installée entre les éléments 16 et 20 afin de
créer un joint étanche aux fluides entre ceux-ci.
La bague d'étanchéité 12 est de préférence constituée d'un élément unitaire monobloc comprenant une partie contournée annulaire 22, une première branche annulaire 24 qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 22 jusqu'à une extrémité libre, et une seconde branche annulaire 26 qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 22 jusqu'à une extrémité libre. La bague d'étanchéité 12 peut naturellement être formée de plusieurs couches et être enduite d'un revêtement anti-usure, comme
cela sera mentionné plus loin.
La bague d'étanchéité 12 présente une surface extérieure tournée sensiblement vers l'extérieur radialement en direction de la première surface cylindrique 14 de l'élément 16, et une surface intérieure 32 tournée sensiblement vers l'intérieur radialement en direction de la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20. La surface extérieure 30 située le long de la partie contournée 22 forme une première surface d'étanchéité radiale 34 présentant une section transversale courbe destinée à venir en contact étanche contre la première surface intérieure 14 de l'élément 16. La surface intérieure 32 des première et seconde branches 24 et 26 forme des seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales 36 et 38 présentant des sections transversales courbes qui viennent en contact étanche contre la seconde surface extérieure 18 de l'élément 20. Par conséquent, la jonction entre la première surface d'étanchéité radiale 34 de la partie contournée 22 et la première surface cylindrique intérieure 14 de l'élément 16 définit une première ligne d'étanchéité A. Les jonctions entre les seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales 36 et 38 des branches 24 et 26, respectivement, et la seconde surface cylindrique extérieure 18 définissent des seconde et troisième lignes d'étanchéité cylindriques B et C. La bague d'étanchéité 12 est de préférence formée d'un matériau métallique élastique. Selon l'application, la bague d'étanchéité a une épaisseur d'approximativement 0,20mm
(0,008 pouce) à approximativement 0,30mm (0,012 pouce).
Naturellement, n'importe quelle épaisseur adaptée du point de vue de la fabrication ou de la charge de contact peut être utilisée. Le matériau métallique de la bague d'étanchéité 12 consiste de préférence en n'importe quel matériau élastique pour températures élevées, tel que l'INCONEL (Marque déposée), le WASPALLOY (Marque déposée) ou n'importe quel acier inoxydable pour températures élevées, ou en n'importe
quel matériau élastique nouveau pour températures élevées.
Dans l'une des applications, la bague d'étanchéité 12 peut être une bague ayant un diamètre de 76cm (30 pouces) formée
d'INCONEL 718 et ayant une épaisseur de 0,20mm (0,008 pouce).
La partie contournée 22 présente de préférence une configuration en forme de cercle partiel, lorsqu'on la considère en coupe transversale longitudinale comme sur les figures 1, 2 et 4. La partie contournée 22 s'étend de préférence sur un arc d'au moins environ 120 et de préférence dans la plage d'environ 120 à 170 . Par exemple, la partie contournée 22 peut s'étendre sur un arc de 150 approximativement. Comme cela a été mentionné précédemment, la première surface d'étanchéité courbe 34 est formée sur la surface extérieure 30 de la partie contournée 22. Dans ce mode de réalisation, par conséquent, la surface intérieure de la partie contournée 22 est concave, tandis que la surface extérieure de celle-ci est convexe. Naturellement, dans d'autres modes de réalisation, la partie contournée 22 est inversée de sorte que sa surface concave est tournée vers l'extérieur radialement, tandis que sa surface convexe est
tournée vers l'intérieur radialement.
En référence à la figure 4, les branches 24 et 26 sont sensiblement identiques entre elles, excepté qu'elles sont symétriques l'une de l'autre. La branche 24 présente, lorsqu'on la considère en coupe transversale longitudinale, une première section plane sensiblement rectiligne 40A qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 22, une première section courbe ou coudée 42A qui s'étend depuis la première section plane 40A, une seconde section plane 44A qui s'étend vers l'extérieur depuis la première section courbe 42A, et une seconde section courbe 46A qui s'étend depuis la section plane 44A et forme la seconde surface d'étanchéité radiale 36 destinée à venir en contact avec la seconde surface cylindrique 18 du second élément 20 pour former avec celle-ci un joint annulaire étanche aux fluides. De même, la seconde branche 26 comprend, lorsqu'on la considère en coupe transversale longitudinale, une première section plane sensiblement rectiligne 40B qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 22, une première section courbe ou coudée 42B qui s'étend depuis la première section plane 40B, une seconde section plane 44B qui s'étend depuis la première section courbe 42B, et une seconde section courbe 46B qui s'étend depuis la seconde section plane 44B et forme la troisième surface d'étanchéité radiale 38 destinée à venir en contact avec la seconde surface cylindrique 18 du second élément 20 pour former avec celle-ci un joint
annulaire étanche aux fluides.
Les premières sections planes 40A et 40B représentent, vues en élévation, des anneaux tronconiques et s'éloignent l'une de l'autre au fur et à mesure qu'elles s'étendent de la partie contournée 22 aux sections courbes 42A et 42B. De préférence, les premières sections planes 40A et 40B sont distantes l'une de l'autre d'un angle d'approximativement 10 à approximativement 60 pour, lorsque la bague d'étanchéité 12 est comprimée radialement, être déformées vers l'extérieur l'une par rapport à l'autre afin d'obliger la bague d'étanchéité 12 à s'élargir dans la direction axiale. Un certain degré de contrainte créé au cours de déformations radiale et axiale de la bague d'étanchéité 12 est par conséquent concentré à l'intérieur de la partie contournée 22. Cela est facile à voir en comparant la bague d'étanchéité 12 à l'état non sollicité, représentée sur la figure 1 avec la bague d'étanchéité 12 à l'état sollicité ou comprimé, représentée sur la figure 2. En particulier, la compression radiale de la bague d'étanchéité 12 provoque une flexion de la partie contournée de sorte que les sections planes 40A et B s'écartent l'une de l'autre pour diminuer la dimension
radiale de la bague d'étanchéité 12.
Une partie de la contrainte de la bague d'étanchéité 12, due à la compression radiale de celle-ci est également concentrée dans les sections courbes 42A et 42B. Plus précisément, lorsque la bague d'étanchéité 12 est comprimée radialement, les sections courbes 42A et 42B sont elles aussi déformées de sorte que les secondes sections planes 44A et 44B ainsi que les sections courbes 46A et 46B sont fléchies radialement et vers l'extérieur par rapport aux sections courbes 42A et 42B. Par conséquent, lorsque la bague d'étanchéité 12 est comprimée radialement, la contrainte due à cette déformation intervient non seulement dans la partie contournée 22 mais également dans les sections courbes 42A et 42B. Cette configuration permet de répartir la contrainte sur une surface plus importante de la bague d'étanchéité 12 que dans le joint d'étanchéité ondulé de l'art antérieur. De préférence, les sections courbes 42A et 42B présentent chacune une courbure d'approximativement 40 à approximativement 60 entre les sections planes 40A et 40B et
les sections planes 44A et 44B, respectivement.
Vues en élévation, les secondes sections planes 44A et 44B représentent des anneaux sensiblement tronconiques qui relient respectivement les sections courbes 42A et 42B aux sections courbes 46A et 46B. De préférence, l'angle extérieur formé entre les premières sections planes 42A et 42B et les secondes sections planes 44A et 44B, respectivement, est d'approximativement 120 à approximativement 140 à l'état non sollicité. Comme cela ressort de la comparaison de la bague d'étanchéité 12 non sollicitée de la figure 1 avec la bague d'étanchéité 12 à l'état comprimé de la figure 2, les sections planes 44A et 44B s'aplatissent et se déplacent
axialement lorsque la bague d'étanchéité 12 est comprimée.
Comme cela a été mentionné précédemment, les sections courbes 46A et 46B forment des surfaces d'étanchéité radiales 36 et 38 respectivement destinées à venir en contact avec la seconde surface extérieure 18 du second élément 20 pour
former avec celle-ci un joint annulaire étanche aux fluides.
Les sections courbes 46A et 46B ont de préférence une
courbure approximativement égale à 110 .
Comme l'homme de l'art le comprendra à la lecture de
cette description, l'expression "surface sensiblement lisse"
utilisée ici est destinée à inclure des surfaces planes ainsi que des surfaces courbes exemptes de toute transition brutale, c'est- à-dire de coude saillant, et qui présentent un aspect lisse à l'oeil nu. En d'autres termes, une "surface sensiblement lisse" peut inclure des surfaces qui présentent un aspect rugueux lorsqu'on les observe à l'aide d'un
instrument grossissant.
De même, comme cela ressortira de la lecture de cette
description, la bague d'étanchéité 12 peut être enduite d'une
couche mince d'un revêtement anti-usure appliqué par une pulvérisation au plasma et doté d'un faible coefficient de friction et de bonnes propriétés de protection contre une
usure par abrasion.
Comme le comprendra également l'homme de l'art, il est possible de modifier l'élasticité totale de la bague d'étanchéité 12 en réalisant celle-ci pour qu'elle comporte plusieurs couches comme cela sera décrit dans l'un des modes de réalisation expliqués plus loin. Par exemple, en augmentant le nombre de couches tout en maintenant la même épaisseur totale, il est possible de diminuer la force de contact et le niveau de contrainte engendré dans la partie contournée 22 et les sections courbes 42A et 42B comparativement à une bague d'étanchéité ayant un nombre de couches inférieur mais la même épaisseur totale. Autrement dit, une bague d'étanchéité à une seule couche sera soumise dans sa partie contournée 22 et ses sections courbes 42A et 42B à une force de contact et à un niveau de contrainte plus importants qu'une bague d'étanchéité à deux couches de même épaisseur totale, dont chacune des couches a une épaisseur représentant la moitié de celle de la bague d'étanchéité à
une seule couche.
La bague d'étanchéité 12 peut être installée entre deux éléments concentriques de différentes manières comprenant, sans toutefois s'y limiter, l'utilisation d'un outil ou de chaleur pour dilater les diamètres de la cavité et/ou de la bague d'étanchéité. En référence à nouveau aux figures 1 et 2, à titre d'exemple, le premier élément 16 est un organe tubulaire comprenant, outre la surface cylindrique intérieure 14, une surface tronconique 52 qui va en diminuant vers le
bas et vers l'intérieur suivant un angle d'environ 6 30'.
Cette conicité constitue une aide pour le montage et peut aller jusqu'à environ 15 si on le souhaite. Au-dessous de la surface cylindrique intérieure 14, s'étend une surface annulaire courbe 54 qui se prolonge par une surface annulaire 56 orientée axialement qui, elle-même, se prolonge par une surface tronconique 58 allant en diminuant vers le bas et vers l'intérieur. Cette surface tronconique 58 va en diminuant suivant un angle sensiblement égal à l'angle de la conicité de la surface tronconique 52. La surface tronconique 58 se prolonge par une surface cylindrique 60 tournée vers l'intérieur à travers laquelle circule un fluide à pression
et température élevées.
Le second élément intérieur 20, positionné à l'extrémité de la surface cylindrique 18 tournée vers l'extérieur radialement, comprend une surface tronconique 62 qui va en diminuant vers le bas et vers l'intérieur et aboutit à une surface annulaire 64 orientée axialement. Au-dessus de la surface cylindrique 18, il est prévu une surface annulaire 66 tournée axialement qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la surface 18. Au-dessus de la surface 66, s'étend une surface tronconique 68 qui va en diminuant vers le bas et vers l'intérieur et qui aboutit à une surface cylindrique 70 tournée vers l'extérieur, comme cela est visible sur les figures 1 et 2. Le second élément 20 est un organe tubulaire creux comportant un alésage central cylindrique 74 pourvu d'une extrémité de passage définissant la surface annulaire 64 de sorte que le fluide à pression et température élevées qui circule à travers le premier élément 16 peut traverser celui-ci et pénétrer dans le second élément
sans fuir hors de ce dernier.
Pour le montage de l'ensemble d'étanchéité 10, la bague d'étanchéité 12 est tout d'abord revue sur la surface cylindrique 18 du second élément 20 suivant un ajustement avec une surmesure minimale d'environ 0,05mm (0, 002 pouce), comme illustré sur la figure 1. Le premier élément 16 est ensuite déplacé axialement en direction du second élément 20 afin que la première surface d'étanchéité courbe 34 de la partie contournée 22 vienne en contact avec la surface tronconique 52 du premier élément 16. Une poursuite du mouvement axial du premier élément 16 en direction du second élément 20 provoque une déformation vers l'intérieur radialement de la bague d'étanchéité 12, déformation qui met celle-ci dans un état de précontrainte jusqu'à ce que la première surface d'étanchéité 34 soit entièrement engagée dans la surface cylindrique 14 du premier élément 16, comme cela est visible sur la figure 2. Ce mouvement axial est poursuivi jusqu'à ce que la bague d'étanchéité 12 soit enfermée dans la cavité définie par les surfaces 14, 18, 56 et 66 avec un jeu axial suffisant pour permettre un mouvement axial fonctionnel des premier et second éléments 16 et 20 sans provoquer de compression axiale de la bague d'étanchéité 12, comme cela est visible sur la figure 2. Puis, les premier et second éléments 16 et 20 sont raccordés selon n'importe quelle méthode conventionnelle permettant un mouvement axial relatif, dû à une dilatation thermique ou à un autre mouvement mécanique, mais insuffisant pour provoquer un
écrasement axial de la bague d'étanchéité 12.
Dans la position représentée sur la figure 2, la bague d'étanchéité 12 comprimée établit une première ligne d'étanchéité A entre la première surface extérieure 14 et la première surface d'étanchéité courbe 34 de la partie contournée 22, et des seconde et troisième lignes d'étanchéité B et C entre la seconde surface extérieure 18 et les seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 36 et 38, respectivement. Ainsi, la bague d'étanchéité 12 assure une étanchéité efficace de la cavité définie par les surfaces
cylindriques opposées 14 et 18.
Second mode de réalisation En se référant maintenant à la figure 5, on peut voir une bague d'étanchéité 112 conforme au second mode de réalisation de la présente invention. La bague d'étanchéité 112 est fondamentalement similaire à la bague d'étanchéité 12 décrite ci- dessus, excepté qu'elle présente une configuration inversée comme cela sera décrit plus loin, et peut être installée entre les éléments 16 et 20. La bague d'étanchéité
112 ne sera donc pas décrite et illustrée en détail ici.
La bague d'étanchéité 112 comprend une partie contournée annulaire 122, une première branche annulaire 124 qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 122 jusqu'à une extrémité libre, et une seconde branche annulaire 126 qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 122 jusqu'à une extrémité libre. La bague d'étanchéité 112 a, par conséquent, une surface intérieure 130 tournée sensiblement vers l'intérieur radialement pour venir en contact avec la surface cylindrique 18 de l'élément , et une surface extérieure 132 tournée sensiblement vers l'extérieur radialement pour venir en contact avec la surface
cylindrique 14 de l'élément 16.
La surface intérieure 130 qui s'étend le long de la partie contournée 122 forme une première surface d'étanchéité radiale 134 destinée à venir en contact d'étanchéité contre la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20. La surface extérieure 132 de chacune des première et seconde branches 124 et 126 forme des seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales 136 et 138 qui viennent en contact étanche contre la première surface cylindrique 14 de l'élément 16. Par conséquent, si la bague d'étanchéité 112 était installée entre les éléments 16 et 20, comme cela a été décrit précédemment, la jonction entre la première surface d'étanchéité courbe 134 de la partie contournée 122 et la seconde surface extérieure 18 de l'élément 20 définirait une première ligne d'étanchéité A comme celle indiquée sur la figure 2, tandis que les jonctions entre les seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 136 et 138 des branches 124 et 126, respectivement, et la surface intérieure 14 définiraient des seconde et troisième lignes d'étanchéité
cylindriques B et C comme celles indiquées sur la figure 2.
Troisième mode de réalisation En se reportant maintenant à la figure 6, on peut voir une bague d'étanchéité 212 conforme au troisième mode de réalisation de la présente invention. Fondamentalement, la bague d'étanchéité 212 est une bague d'étanchéité à double couche qui comportent deux couches 212A et 212B. La bague d'étanchéité 212 est semblable aux bagues d'étanchéité 12 et 112 décrites précédemment, excepté qu'elle estréalisée à partir de deux couches 212A et 212B, et peut être installée entre les éléments 16 et 20. La bague d'étanchéité 212 ne
sera donc pas décrite et illustrée en détail ici.
La bague d'étanchéité 212 comprend fondamentalement une partie contournée annulaire 222, une première branche annulaire 224 qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 222 jusqu'à une extrémité libre, et une seconde branche annulaire 226 qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 222 jusqu'à une extrémité libre. Par conséquent, la bague d'étanchéité 212 possède une surface extérieure 230 formée par la couche 212A, qui est tournée sensiblement vers l'extérieur radialement pour venir en contact avec la première surface cylindrique 14 de l'élément 16, et une surface intérieure 232 formée par la couche 212B, qui est tournée sensiblement vers l'intérieur radialement pour venir en contact avec la seconde surface
cylindrique 18 de l'élément 20.
La surface extérieure 230 qui s'étend le long de la partie contournée 222 définit sur la couche 212A une première surface d'étanchéité radiale 234 destinée à venir en contact d'étanchéité contre la première surface cylindrique intérieure 14 de l'élément 16. La surface intérieure 232 de chacune des première et seconde branches 224 et 226 définit sur la couche 212B des seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales 236 et 238 qui viennent en contact d'étanchéité contre la seconde surface cylindrique extérieure 18 de l'élément 20. Par conséquent, si la bague d'étanchéité 212 était installée entre les éléments 16 et 20, comme cela a été décrit précédemment, la jonction entre la première surface d'étanchéité courbe 234 de la partie contournée 222 et la première surface intérieure 14 de l'élément 16 définirait alors une première ligne d'étanchéité A comme celle indiquée sur la figure 2, tandis que les jonctions entre les seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 236 et 238 des branches 224 et 226, respectivement, et la seconde surface extérieure 18 définiraient des seconde et troisième lignes d'étanchéité cylindriques B et C comme
celles indiquées sur la figure 2.
Quatrième mode de réalisation En se référant maintenant à la figure 7, on peut voir une bague d'étanchéité 312 conforme au quatrième mode de réalisation de la présente invention. La bague d'étanchéité 312 est une version légèrement modifiée de la bague d'étanchéité 12 décrite précédemment et peut être installée entre les éléments 16 et 20. Par conséquent, la bague d'étanchéité 312 ne sera pas décrite et illustrée en détail ici. La bague d'étanchéité 312 comprend une partie contournée annulaire 322, une première branche annulaire 324 qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 322 jusqu'à une extrémité libre, et une seconde branche annulaire 326 qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie
contournée 322 jusqu'à une extrémité libre.
Dans ce mode de réalisation, la bague d'étanchéité 312 possède une surface extérieure 330 et une surface intérieure 332, la surface extérieure 330 formant chacune de surfaces d'étanchéité radiales 334, 336 et 338. Plus précisément, la surface extérieure 330 est tournée sensiblement vers l'extérieur radialement en direction de la première surface cylindrique 14 de l'élément 16, sauf au niveau de ses extrémités libres o elle se recourbe sur elle-même pour être tournée vers l'intérieur radialement en vue de venir en contact avec la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20. Le long de la partie contournée 322, la surface extérieure 330 forme une première surface d'étanchéité courbe 334 destinée à venir en contact d'étanchéité contre la première surface cylindrique 14 de l'élément 16, tandis que le long des première et seconde branches 324 et 326, elle forme des seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 336 et 338 qui viennent en contact d'étanchéité contre la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20. Par conséquent, si la bague d'étanchéité 310 était installée entre les éléments 16 et 20, la jonction entre la première surface d'étanchéité courbe 334 de la partie contournée 322 et la première surface cylindrique 14 de l'élément 16 définirait alors une première ligne d'étanchéité A comme celle indiquée sur la figure 2, tandis que les jonctions entre les seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 336 et 338 des branches 324 et 326, respectivement, et la seconde surface cylindrique 18 définiraient des seconde et troisième lignes d'étanchéité cylindriques B et C comme
celles indiquées sur la figure 2.
En outre, chacune des première et seconde branches 324 et 326 comporte deux zones de flexion, tandis que chacune des première et seconde branches du premier mode de réalisation ne comporte qu'une seule zone de flexion. En particulier, la branche 324 présente, lorsqu'on la considère en coupe transversale longitudinale, une première section plane sensiblement rectiligne 340A qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 322, une première section courbe ou coudée 342A qui s'étend depuis la première section plane 340A, une seconde section plane 344A qui s'étend vers l'extérieur depuis la première section courbe 342A, et une seconde section courbe 346A qui s'étend depuis la seconde section plane 344A et forme la seconde surface d'étanchéité radiale 336 destinée à venir en contact avec la seconde surface cylindrique 18 du second élément 20 pour former avec
celle-ci un joint annulaire étanche aux fluides.
De même, la seconde branche 326 vue en coupe transversale longitudinale comprend une première section plane sensiblement rectiligne 340B qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 322, une première section courbe ou coudée 342B qui s'étend depuis la première section plane 340B, une seconde section plane 344B qui s'étend depuis la première section courbe 342B, et une seconde section courbe 346B qui s'étend depuis la seconde section plane 344B et forme une troisième surface d'étanchéité radiale 338 destinée à venir en contact avec la seconde surface cylindrique 18 du second élément 20 pour former avec celle-ci
un joint annulaire étanche aux fluides.
En plus des premières sections courbes 342A et 342B, les intersections des secondes sections planes 344A et 344B avec les secondes sections courbes 346A et 346B forment deux points de flexion supplémentaires à l'intérieur des première et seconde branches 324 et 326 pour permettre une compression radiale de la bague d'étanchéité 312 lorsqu'elle est
installée entre les éléments 16 et 20 des figures 1 et 2.
Cinquième mode de réalisation En se reportant maintenant à la figure 8, on peut voir une bague d'étanchéité 412 conforme au cinquième mode de réalisation de la présente invention. La bague d'étanchéité 412 est sensiblement identique à la bague d'étanchéité 312, excepté qu'elle est inversée de la même manière que la bague d'étanchéité 112. En outre, la bague d'étanchéité 412 peut être installée entre les éléments 16 et 20 d'une manière sensiblement identique à celle décrite précédemment. Par conséquent, la bague d'étanchéité 412 ne sera pas décrite et
illustrée en détail ici.
La bague d'étanchéité 412 comprend une partie contournée annulaire 422, une première branche annulaire 424 qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 422 jusqu'à une extrémité libre, et une seconde branche annulaire 426 qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 422 jusqu'à une extrémité libre. Dans ce mode de réalisation, la bague d'étanchéité 412 possède une surface intérieure 430 et une surface extérieure 432, la surface intérieure 430 formant chacune de surfaces d'étanchéité radiales 434, 436 et 438. Plus précisément, la surface intérieure 430 est tournée sensiblement vers l'intérieur radialement en direction de la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20, sauf au niveau de ses extrémités libres o elle se recourbe sur elle-même pour être tournée vers l'extérieur radialement en vue de venir en contact avec la première surface cylindrique 14 de l'élément 16. Le long de la partie contournée 422, la surface intérieure 430 définit une première surface d'étanchéité courbe 434 destinée à venir en contact d'étanchéité contre la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20, tandis que le long des première et seconde branches 424 et 426, elle définit des seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 436 et 438 qui viennent en contact d'étanchéité contre la première surface cylindrique 14 de l'élément 16. Par conséquent, si la bague d'étanchéité 412 était installée entre les éléments 16 et 20, la jonction entre la première surface d'étanchéité courbe 434 de la partie contournée 422 et la première surface cylindrique 14 de l'élément 16 définirait alors une première ligne d'étanchéité A comme celle indiquée sur la figure 2, tandis que les jonctions entre les seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 436 et 438 des branches 424 et 426, respectivement, et la seconde surface cylindrique 18 définiraient des seconde et troisième lignes d'étanchéité
cylindriques B et C comme celles indiquées sur la figure 2.
Sixième mode de réalisation En se référant maintenant à la figure 9, on peut voir une bague d'étanchéité 512 conforme au sixième mode de réalisation de la présente invention. La bague d'étanchéité 512 est une bague d'étanchéité à double couche semblable aux bagues d'étanchéité 312 et 412 décrites précédemment, excepté
qu'elle est réalisée à partir de deux couches 512A et 512B.
De plus, la bague d'étanchéité 512 peut être installée entre les éléments 16 et 20 d'une manière sensiblement identique à celle décrite précédemment. La bague d'étanchéité 512 ne sera
donc pas décrite et illustrée en détail ici.
La bague d'étanchéité 512 comprend fondamentalement une partie contournée annulaire 522, une première branche annulaire 524 qui s'étend depuis l'une des extrémités de la partie contournée 522 jusqu'à une extrémité libre, et une seconde branche annulaire 526 qui s'étend depuis l'autre extrémité de la partie contournée 522 jusqu'à une extrémité libre. Dans ce mode de réalisation, la bague d'étanchéité 512 possède une surface extérieure 530 et une surface intérieure 532, la surface extérieure 530 formant chacune de surfaces d'étanchéité radiales 534, 536 et 538. Plus précisément, la surface extérieure 530 est formée par la couche 512A qui est tournée sensiblement vers l'extérieur radialement pour venir en contact avec la première surface cylindrique 14 de l'élément 16, sauf au niveau de ses extrémités libres o elle se recourbe sur elle-même pour être tournée vers l'intérieur radialement en vue de venir en contact avec la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20. Le long de la partie contournée 522, la surface extérieure 530 de la couche 512A forme une première surface d'étanchéité courbe 534 destinée à venir en contact d'étanchéité contre la première surface cylindrique 14 de l'élément 16, tandis que le long des première et seconde branches 524 et 526, elle forme des seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 536 et 538 qui viennent en contact d'étanchéité contre la seconde surface cylindrique 18 de l'élément 20. Par conséquent, si la bague d'étanchéité 510 était installée entre les éléments 16 et 20, la jonction entre la première surface d'étanchéité courbe 534 de la partie contournée 522 et la première surface cylindrique 14 de l'élément 16 définirait une première ligne d'étanchéité A comme celle indiquée sur la figure 2, tandis que les jonctions entre les seconde et troisième surfaces d'étanchéité courbes 536 et 538 des branches 524 et 526, respectivement, et la seconde surface cylindrique 18 définiraient des seconde et troisième lignes d'étanchéité
cylindriques B et C comme celles indiquées sur la figure 2.
Bien que la description précédente ait porté sur des
modes de réalisation préférés de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir
du cadre de l'invention.
Claims (22)
1. Bague d'étanchéité destinée à rendre étanches deux surfaces coaxiales (14, 18) l'une vis-à-vis de l'autre, caractérisée en ce qu'elle comprend une partie contournée annulaire (22; 122; 222; 322; 422; 522) comportant une première extrémité et une seconde extrémité entre lesquelles s'étendent une surface convexe et une surface concave, la surface convexe formant une première surface d'étanchéité radiale (34; 134; 234; 334; 434; 534) orientée dans une première direction radiale; une première branche annulaire (24; 124; 224; 324; 424; 524) qui s'étend vers l'extérieur depuis la première extrémité de la partie contournée jusqu'àa une première extrémité libre et qui comporte une seconde surface d'étanchéité radiale (36; 136; 236; 336; 436; 536) orientée dans une seconde direction radiale sensiblement opposée à la première surface d'étanchéité radiale de la partie contournée, et une première section courbe annulaire (42A; 342A) située entre la seconde surface d'étanchéité radiale et la partie contournée; et une seconde branche annulaire (26; 126; 226; 326; 426; 526) qui s'étend vers l'extérieur depuis la seconde extrémité de la partie contournée jusqu'à une seconde extrémité libre et qui comporte une troisième surface d'étanchéité radiale (38; 138; 238; 338; 438; 538) orientée dans la seconde direction radiale, et une seconde section courbe annulaire (42B; 342B) située entre la troisième surface d'étanchéité
radiale et la partie contournée.
2. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première, seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales (34, 36, 38; 134, 136,
138; 234, 236, 238; 334, 336, 338; 434, 436, 438; 534,
536, 538) ont une section longitudinale courbe.
3. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie contournée (22; 122; 222; 322; 422; 522), la première branche (24; 124; 224; 324; 424; 524) et la seconde branche (26; 126; 226; 326; 426; 526) sont réalisées solidairement sous la
forme d'un élément unitaire monobloc.
4. Bague d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie contournée (22; 122; 222; 322; 422; 522), la première branche (24; 124; 224; 324; 424; 524) et la seconde branche (26; 126; 226; 326; 426; 526) sont formées d'un matériau métallique élastique.
5. Bague d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisée en ce que les première, seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales sont enduites d'une couche
mince d'un revêtement anti-usure.
6. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde branches (24, 26; 324, 326) possèdent une première section tronconique (40A, 40B; 340A, 340B) s'étendant vers l'extérieur, les premières sections étant situées l'une (40A; 340A) entre la partie contournée (22; 322) et la première partie courbe (42A; 342A) et l'autre (40B; 340B) entre la partie contournée (22; 322) et la seconde partie courbe (42B;
342B).
7. Bague d'étanchéité selon la revendication 6, caractérisée en ce que les premières sections tronconiques (40A, 40B; 340A, 340B) sont sensiblement planes en coupe
transversale longitudinale.
8. Bague d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisée en ce que les premières sections tronconiques (40A, 40B; 340A, 340B) sont distantes l'une de l'autre d'un
angle d'approximativement 10 à 600.
9. Bague d'étanchéité selon la revendication 6, caractérisée en ce que les première et seconde branches (24, 26; 324, 326) possèdent une seconde section (44A, 44B; 344A, 344B) s'étendant vers l'extérieur, les secondes sections étant situées l'une (44A; 344A) entre la première partie courbe (42A; 342A) et la seconde surface d'étanchéité radiale (36; 336) et l'autre (44B; 344B) entre la seconde partie courbe (42B; 342B) et la troisième surface
d'étanchéité radiale (38; 338).
10. Bague d'étanchéité selon la revendication 9, caractérisée en ce que les première et seconde sections (40A, 44A; 340A, 344A) de la première branche (24; 324) sont contiguës à la première partie courbe (42A; 342A), et en ce que les première et seconde sections (40B, 44B; 340B, 344B) de la seconde branche (26; 326) sont contiguës à la seconde
partie courbe (42B; 342B).
11. Bague d'étanchéité selon la revendication 10, caractérisée en ce que la première section (40A; 340A) de la première branche (24; 324) forme un angle d'approximativement 120 à 140 avec la seconde section (44A; 344A) de ladite première branche, et en ce que la première section (40B; 340B) de la seconde branche (26; 326) forme un angle d'approximativement 120 à 140 avec la
seconde section (44B; 344B) de ladite seconde branche.
12. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une première surface (30; 130; 230; 330; 430; 530) s'étend de manière continue depuis la première extrémité libre de la première branche (24; 124; 224; 324; 424; 524) jusqu'à la seconde extrémité libre de la seconde branche (26; 126; 226; 326; 426; 526), la première surface radiale (34; 134; 234; 334; 434; 534)
étant formée sur ladite première surface.
13. Bague d'étanchéité selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'une seconde surface (32; 132; 232) s'étend de manière continue depuis la première extrémité libre de la première branche (24; 124; 224) jusqu'à la seconde extrémité libre de la seconde branche (26; 126; 226), les seconde et troisième surfaces radiales (36, 38; 136, 138; 236, 238) étant formées sur ladite seconde surface.
14. Bague d'étanchéité selon la revendication 12, caractérisée en ce que les seconde et troisième surfaces radiales (336, 338; 436, 438; 536, 538) sont formées sur la
première surface (330; 430; 530).
15. Bague d'étanchéité selon la revendication 14, caractérisée en ce que les première et seconde extrémités libres sont courbées vers l'intérieur en direction l'une de l'autre.
16. Bague d'étanchéité selon la revendication 15, caractérisée en ce que les seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales (336, 338; 436, 438; 536, 538) sont
formées par les extrémités libres courbées.
17. Bague d'étanchéité selon la revendication 16, caractérisée en ce que les secondes sections (344A; 344B) des première et seconde branches (324, 326) sont respectivement contiguës aux première et seconde extrémités libres et s'éloignent l'une de l'autre au fur et à mesure qu'elles s'étendent respectivement depuis les première et
seconde parties courbes (342A; 342B).
18. Bague d'étanchéité selon la revendication 17, caractérisée en ce que les secondes sections (344A, 344B) forment un angle l'une par rapport à l'autre afin de créer des points de flexion supplémentaires au niveau de leur intersection avec les extrémités libres courbées, respectivement.
19. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie contournée (222; 522), la première branche (224; 524) et la seconde branche (226; 526) sont formées d'au moins deux couches (212A, 212B; 512A,
512B).
20. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première surface d'étanchéité radiale (134; 434) est tournée vers le centre de la bague
d'étanchéité (112; 412).
21. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les seconde et troisième surfaces d'étanchéité radiales (36, 38; 236, 238; 336, 338; 536, 538) sont tournées vers le centre de la bague d'étanchéité
(12; 212; 312; 512).
22. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins les première et seconde surfaces d'étanchéité sont sensiblement circulaires et ont
des rayons sensiblement égaux.
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