Joint d'étanchéité annulaire de section quadrilobe. Ring seal of quadrilobe section.
La présente invention concerne un joint d'étanchéité destiné à être placé entre un alésage et la surface extérieure de l'extrémité d'un tube inséré dans cet alésage . Lorsqu'il s'agit de raccorder un tube à un organe notamment fonctionnel appartenant à un circuit de circulation d'un fluide sous pression, on utilise des moyens de raccordement qui, dans un corps en général rapporté ou solidaire de l'organe, sont constitués par un alésage destiné à accueillir l'extrémité du tube, des moyens de retenue du tube par rapport au corps, que ceux-ci soient classiques ou dits de raccordement instantané et des moyens d'étanchéité disposés entre l'alésage et l'extrémité du tube pour s'opposer à toute fuite du liquide circulant dans le circuit.The present invention relates to a seal intended to be placed between a bore and the external surface of the end of a tube inserted in this bore. When it is a question of connecting a tube to a particularly functional member belonging to a circuit for circulation of a pressurized fluid, connection means are used which, in a body generally attached or integral with the member, are constituted by a bore intended to receive the end of the tube, means for retaining the tube relative to the body, whether these are conventional or so-called instantaneous connections and sealing means arranged between the bore and the end of the tube to prevent any leakage of the liquid circulating in the circuit.
Dans de nombreuses applications ces moyens d'étanchéité sont simplement constitués par un joint torique en matière élastique ou déformable qui vient combler l'espace annulaire entre l'alésage et la surface extérieure de l'extrémité du tube placée dans cet alésage. Le joint torique cependant ne convient pas pour toutes les applications et notamment dans le domaine automobile ou les constructeurs imposent des exigences de plus en plus draconiennes en ce qui concerne l'étanchéité des circuits de fluides. Et c'est ainsi que la forme des joints toujours annulaires s'est profondément modifiée pour répondre à ces exigences .In many applications, these sealing means are simply constituted by an O-ring made of elastic or deformable material which fills the annular space between the bore and the external surface of the end of the tube placed in this bore. The O-ring, however, is not suitable for all applications and in particular in the automotive field where manufacturers are imposing increasingly stringent requirements with regard to the sealing of the fluid circuits. And this is how the shape of the still annular seals has been profoundly modified to meet these requirements.
Il n'est pas rare aujourd'hui qu'il faille satisfaire aux exigences d'étanchéité en créant une double barrière entre le tube et l'alésage c'est à dire deux lignes de contact du joint sur le tube et deux lignes de contact du joint sur l'alésage. C'est notamment le cas lorsque la sécurité est primordiale (le fluide véhiculé pouvant être soit toxique soit polluant comme c'est le cas pour les applications de circuit de climatisation sur les
véhicules automobiles) ou lorsque la redondance d'une étanchéité est beaucoup moins coûteuse que devoir intervenir pour changer un joint simple défectueux.It is not uncommon today that it is necessary to satisfy the sealing requirements by creating a double barrier between the tube and the bore, that is to say two contact lines of the seal on the tube and two contact lines. of the seal on the bore. This is particularly the case when safety is paramount (the fluid carried can be either toxic or polluting as is the case for air conditioning circuit applications on motor vehicles) or when the redundancy of a seal is much less costly than having to intervene to change a defective single seal.
Parmi les réponses connues à ces exigences on citera la mise en place de deux joints toriques décalés axiale ent. Cette solution présente l'inconvénient d'augmenter le nombre de pièces à assembler, de compliquer le procédé automatique de montage de ces pièces et enfin de requérir un dispositif de raccordement plus encombrant que s'il ne comporte qu'un joint d'étanchéité.Among the known responses to these requirements, mention will be made of the installation of two axial offset O-rings. This solution has the drawback of increasing the number of parts to be assembled, of complicating the automatic method of mounting these parts and finally of requiring a more bulky connection device than if it only comprises a seal.
D'autres solutions aujourd'hui proposées consistent en des joints en une seule pièce dont la section est en forme de deux ou trois bourrelets accolés.Other solutions proposed today consist of one-piece seals, the section of which is in the form of two or three adjoining beads.
On mentionnera enfin l'existence de joints de section méridienne quadrilobe généralement inscrite dans un quadrilatère et de joints de section en x formant ainsi un double joint à lèvres, ce dernier ne remplissant correctement sa fonction que s'il est soumis à une pression supérieure à un seuil déterminé forçant l'application des lèvres contre la surface de l'alésage et de l'extrémité du tube .Finally, mention should be made of the existence of joints of quadrilobe meridian section generally inscribed in a quadrilateral and of joints of cross section at x thus forming a double lip seal, the latter performing its function correctly only if it is subjected to a pressure greater than a determined threshold forcing the application of the lips against the surface of the bore and of the end of the tube.
Par la présente invention on entend bénéficier des avantages à la fois d'un joint à section quadrilobe et d'un joint à section en x à lèvres, c'est à dire d'un joint qui ne vrille pas lorsque l'on met en place le tube dans l'organe de raccordement et qui assure une étanchéité croissante en fonction de la pression à laquelle il est soumis, sans toutefois présenter les inconvénients de ces joints à savoir un risque important d'extrusion pour les joints en section en x du fait de leur grande souplesse et une hétérogénéité de distribution des contraintes pour les joints quadrilobes courants.By the present invention is meant to benefit from the advantages of both a joint with a quadrilobe section and a joint with a x-section with lips, that is to say a joint which does not twist when it is put in place. places the tube in the connection member and which provides an increasing seal as a function of the pressure to which it is subjected, without however having the drawbacks of these joints, namely a significant risk of extrusion for the joints in x-section of the made of their great flexibility and a heterogeneity of stress distribution for common quadrilobe joints.
A cet effet la présente invention a pour objet un joint d'étanchéité annulaire de section méridienne quadrilobe destiné à être logé dans l'espace délimité par
un logement cylindrique et la surface extérieure d'un tube cylindrique sensiblement axial au logement de manière que les lobes, chacun limités par une surface torique, définissent des lignes de contact axialement décalées du joint avec d'une part pour deux d'entre elles, l'alésage et d'autre part pour les deux autres le tube, dans lequel le rayon méridien des lobes extérieurs est plus faible que le rayon méridien des lobes intérieurs.To this end, the present invention relates to an annular seal of quadrilobe meridian section intended to be housed in the space delimited by a cylindrical housing and the external surface of a cylindrical tube substantially axial to the housing so that the lobes, each bounded by an O-shaped surface, define contact lines axially offset from the joint, on the one hand for two of them, the bore and on the other hand for the other two the tube, in which the meridian radius of the outer lobes is smaller than the meridian radius of the inner lobes.
Grâce à cette disposition, la répartition des contraintes dans le joint alors que le tube est monté dans l'alésage et que le fluide sous pression circule dans le circuit, est beaucoup plus homogène que dans un joint quadrilobe normal. En outre les défauts de coaxialité entre le logement cylindrique et l'extrémité du tube qui y est insérée sont beaucoup mieux pris en compte par un joint dont la souplesse est plus grande à l'extérieur qu'à l'intérieur c'est à dire plus grande au voisinage de la surface du logement qu'au voisinage de la surface du tube. Par ailleurs il est avantageux que les lobes les plus massifs soient au contact du tube, l'intimité du contact devant être plus fermement assurée à cet endroit où la surface de contact est petite qu'au niveau de la surface intérieure de 1 ' alésage ou le contact s ' étend sur une surface beaucoup plus grande. En effet pour un déplacement radial donné du tube dans l'alésage, le déplacement de matière du joint qui en résulte et qui constitue un déséquilibre de contraintes pouvant donner naissance à une fuite, est beaucoup moins important au niveau de la surface des contacts du joint avec l'alésage qu'au niveau de la surface des contacts du joint avec le tube. Grâce à l'invention un mouvement relatif, par exemple une vibration du tube par rapport au corps de l'organe de raccordement se traduira par un déplacement du joint par rapport à l'alésage plutôt qu'un déplacement du tube par rapport au joint, ce qui relativement aux dimensions des surfaces de
contact en cause, est beaucoup moins gênant que l'inverse.Thanks to this arrangement, the distribution of stresses in the joint while the tube is mounted in the bore and the pressurized fluid circulates in the circuit, is much more homogeneous than in a normal quadrilobe joint. In addition, the coaxiality defects between the cylindrical housing and the end of the tube which is inserted therein are much better taken into account by a seal whose flexibility is greater outside than inside, that is to say larger in the vicinity of the surface of the housing than in the vicinity of the surface of the tube. Furthermore, it is advantageous for the most massive lobes to be in contact with the tube, the intimacy of the contact having to be more firmly ensured at this location where the contact surface is small than at the level of the interior surface of the bore or the contact extends over a much larger area. Indeed, for a given radial displacement of the tube in the bore, the displacement of material of the resulting seal and which constitutes an imbalance of stresses which can give rise to a leak, is much less significant at the level of the surface of the contacts of the seal. with the bore only at the surface of the contacts of the seal with the tube. Thanks to the invention, a relative movement, for example a vibration of the tube relative to the body of the connection member will result in a displacement of the seal relative to the bore rather than a displacement of the tube relative to the seal, which relatively to the dimensions of the surfaces of contact involved, is much less annoying than the reverse.
Dans un mode de réalisation préféré, le rapport des rayons méridiens est sensiblement égal au rapport des rayons internes et externes du joint. Il faut entendre par sensiblement égal une identité à plus au moins 20 % .In a preferred embodiment, the ratio of the meridian radii is substantially equal to the ratio of the internal and external radii of the joint. By substantially equal, we mean an identity of more than at least 20%.
Enfin dans un mode de réalisation de l'invention, l'une au moins des faces radiales du joint formant ses extrémités axiales est plane. En effet, en général, seule une face d'un tel joint est soumise à la pression du fluide circulant dans le circuit à étancher et seule cette face doit être conformée en forme de lèvres c'est à dire qu'entre les lobes intérieurs et extérieurs du joint soumis à cette pression il existe une dépression ou une gorge qui donne une certaine souplesse permettant 1 ' écartement radial des lobes l'un par rapport à l'autre. L'autre face n'étant en général soumise qu'à la pression atmosphérique n'a pas à être déformable dans les même conditions.Finally, in one embodiment of the invention, at least one of the radial faces of the joint forming its axial ends is planar. In fact, in general, only one face of such a seal is subjected to the pressure of the fluid circulating in the circuit to be sealed and only this face must be shaped like lips, that is to say that between the inner lobes and outside the joint subjected to this pressure there is a depression or a groove which gives a certain flexibility allowing the radial spacing of the lobes relative to one another. The other face being generally subjected only to atmospheric pressure does not have to be deformable under the same conditions.
L'invention sera mieux comprise au cours de la description de quelques exemples de réalisation donnés ci après à titre purement indicatif.The invention will be better understood during the description of a few exemplary embodiments given below for purely indicative purposes.
Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :Reference will be made to the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 est une vue en coupe méridienne d'un joint conforme à une première réalisation de l'invention, - La figure 2 est une vue en coupe d'une variante de réalisation de la figure 1.- Figure 1 is a meridian sectional view of a seal according to a first embodiment of the invention, - Figure 2 is a sectional view of an alternative embodiment of Figure 1.
Le joint représenté à la figure 1 est un joint annulaire dont la section méridienne 1, sensiblement inscrite dans un carré 2 présente deux lobes extérieurs 3 et 4 et deux lobes intérieurs 5 et 6. Lorsque ce joint est placé entre deux surfaces cylindriques sensiblement coaxiales, c'est à dire une surface 7 d'un logement ménagé dans un organe de raccordement et une surface 8 extérieure d'un tube inséré dans le logement 7, il porte contre la surface 7 par deux lignes de contact 9 et 10, décalées
l'une de l'autre dans la direction axiale des surfaces cylindriques 7 et 8 et par deux lignes de contact 11 et 12 sur la surface 8.The seal shown in FIG. 1 is an annular seal whose meridian section 1, substantially inscribed in a square 2 has two outer lobes 3 and 4 and two inner lobes 5 and 6. When this seal is placed between two substantially coaxial cylindrical surfaces, that is to say a surface 7 of a housing formed in a connection member and an external surface 8 of a tube inserted in the housing 7, it bears against the surface 7 by two contact lines 9 and 10, offset from each other in the axial direction of the cylindrical surfaces 7 and 8 and by two contact lines 11 and 12 on the surface 8.
Ces lignes de contact appartiennent à des surfaces toriques dont le rayon méridien est celui des lobes correspondants. On remarque que les rayons RI des lobes 3 et 4 sont plus petits que les rayons R2 des lobes 5 et 6. Les lobes extérieurs 3 et 4 et les lobes intérieurs 5 et 6 sont séparés axialement par une gorge 13, 14 dont la profondeur est telle que lorsque le joint est comprimé entre les deux surfaces 7 et 8 , le contact quadrilinéaire du joint avec ses surfaces reste préservé. Cette disposition présente l'avantage sur le plan de la fabrication du joint, de placer le plan de joint du moule dans lequel sera injecté le matériau élastomère du joint au niveau du fond des gorges 13 et 14 afin que l'éventuelle bavure qui peut naître au niveau de ce plan de joint soit toujours contenue dans ces gorges et ne vienne pas perturber le contact du joint avec les deux surfaces entre lesquelles il doit réaliser 1 ' étanchéité .These contact lines belong to toric surfaces whose meridian radius is that of the corresponding lobes. Note that the rays RI of lobes 3 and 4 are smaller than the rays R2 of lobes 5 and 6. The outer lobes 3 and 4 and the inner lobes 5 and 6 are separated axially by a groove 13, 14 whose depth is such that when the seal is compressed between the two surfaces 7 and 8, the quadrilateral contact of the seal with its surfaces remains preserved. This arrangement has the advantage in terms of the manufacture of the seal, of placing the seal of the mold into which the elastomeric material of the seal will be injected at the bottom of the grooves 13 and 14 so that any burr that may arise at this joint plane is always contained in these grooves and does not interfere with the contact of the joint with the two surfaces between which it must seal 1.
A titre indicatif, le rapport des rayons RI, R2 est à plus ou moins 20 % près égal au rapport des diamètres intérieur Dl et extérieur D2 du joint. Ainsi par exemple, un joint conforme à l'invention présentera un diamètre intérieur de 4,30 mm, un diamètre extérieur de 8,30 mm, un rayon RI égal à 0,3 mm et un rayon R2 égal à 0,5 mm. Le carré dans lequel s'inscrit la surface quadrilobique de la section méridienne du joint est un carré d'environ 2 mm de côté . Sur ses flans ou faces d'extrémité 15 et 16, le joint représenté à la figure 1 comporte également deux gorges qui séparent un lobe de petit rayon d'un lobe de grand rayon. Ces gorges 17 et 18 confèrent au joint et notamment à la partie extérieure de ce joint, c'est-à-dire du côté des lobes de petit rayon, une possibilité de se
déformer et d'être plaqué contre la surface 7 de l'alésage, sous l'effet d'une pression appliquée sur les surfaces 15 et 16. Selon la profondeur de cette gorge, la souplesse donnée au lobe et donc aux portions toriques correspondantes extérieures est plus au moins grande et à ce niveau le joint agit au moins partiellement comme un joint à lèvres.As an indication, the ratio of the radii RI, R2 is more or less 20% almost equal to the ratio of the inside diameters Dl and outside D2 of the joint. Thus, for example, a joint according to the invention will have an inside diameter of 4.30 mm, an outside diameter of 8.30 mm, a radius RI equal to 0.3 mm and a radius R2 equal to 0.5 mm. The square in which the quadrilobic surface of the meridian section of the joint is inscribed is a square of approximately 2 mm in side. On its blanks or end faces 15 and 16, the joint shown in FIG. 1 also has two grooves which separate a lobe of small radius from a lobe of large radius. These grooves 17 and 18 give the joint and in particular the outer part of this joint, that is to say on the side of the lobes of small radius, a possibility of being deform and be pressed against the surface 7 of the bore, under the effect of a pressure applied to the surfaces 15 and 16. Depending on the depth of this groove, the flexibility given to the lobe and therefore to the corresponding external toric portions is more or less large and at this level the seal acts at least partially as a lip seal.
Comme en général une pression supérieure à la pression atmosphérique ne s'exerce que sur une face d'extrémité du joint, par exemple la face 15, le joint peut présenter une autre face d'extrémité 16 plane comme représenté à la figure 2. Au cas où le joint serait mis en place dans des applications où 1 ' étanchéité est assurée entre deux milieux sans pression significative, les deux faces d'extrémités 15 et 16 du joint peuvent être planes.
Since, in general, a pressure greater than atmospheric pressure is exerted only on one end face of the seal, for example face 15, the seal may have another end face 16 which is flat as shown in FIG. 2. If the seal is put in place in applications where the seal is provided between two media without significant pressure, the two end faces 15 and 16 of the seal can be flat.