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Segment d'étanchéité
La présente invention a trait aux segments d'étanchéité et plus spécialement aux segments d'étanchéité destinés à être utilisés avec les pistons à mouvement alternatif des moteurs à vapeur, moteurs à combustion interne, compresseurs d'air, pompes, etc...
C'est un fait bien connu dans la technique et universel- lement reconnu qu'il faut qu'un segment d'étanchéité s'em- boîte étroitement dans l'alésage du cylindre du moteur en tous pointsautour de sa périphérie afin d'empêcher des fuites à la compression et des fuites d'huile,et qu'un
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segment de pis ton idéal doit présenter csrtaiues des carac- téristiques du caoutchouc, mais qu'il doit .12 morne temps résister à .la. chaleur, au frottement et 8, 11autres éléments auxquels il est exposé, ce que le caoutchouc ne pOl1J:J:ai t évi- d emment pas faire.
Jusquà présent, pratiquement tous les segments 8 el' étan- choité on t été faits en métal moulé, tel gn2 fer fondu, soit sous une forme, so it sous une autre, dans laquelle l'anneau formant le segment est fendu en un point :;""'\1':' son cttà en cou- pant une partie de cet anneau. Un segment de ce type présente normalement une périphérie qui est un véritable cercle, sauf à l'endroit de la fente ou partie découpée. Cette périphérie normale mesure un plus grand diamètreque l'alésage du cylin- dre dans lequel le segment doit être placé, puis son diamètre est réduit pour s'emboîter dans cet alésage en comprimant le segment à l'endroit découpé.
Lorsqu'un segment de ce genre est
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ainsi comprimé dans le but de diminuer son d1élmître pour l'in- troduire dans un alésage de cylindre en conabinaison avec un piston, la forme prise naturellement par le segaent est légè- rement ovale sur sa périphérie et pour le raire entrer de
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àoroe dans l'alésage du cylindre, les côtés postérieurs du segment, par rapport au cotéfendu, doivent 'être déformés ou cintrés vers l'extérieur contre les parois de l'alésage du cylindre. Ceci se fait contre la réaction naturelle du segment.
Cette déformation a pour résultat de donner lieu à une poussée latérale inégale contre la paroi du cylindra, cette poussée
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variant aux différents endroits du pourtour de 1['. p8:.'oi et atteignant son maximum près de la partie du segnent qui est adjacente à la fente. C'est là un défaut 1=z1=,ôrent à tous les segments en métal moulé de ce type, qui a pour effet que le segment s'use plus légèrement en un point \.': T en an autre et qui fait que l'alésage du cylindre ne s'use également pas uni-
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forcément sur toute sa périphérie; il en résulte que le cas
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échéant les côtés du segment opposés au côté fendu tendent à reculer de la paroi du cylindre et à laisser passer le long, du piston une partie du fluide comprimé et de l'huile en sens inverse.
Il se manifeste d'ailleurs aussi d'autres forces dans le fonctionnement d'un moteur à pistons alterna-' tifs qui tendent augmenter l'ovalisation de l'alésage du cylindre, tellcs que claquement du piston et poussée la- térale du piston occasionnée par les mouvements de rotation autour de l'arbre à manivelle et le jeu excessif entre la naroi du cylindre et le piston, pouvant être imputé dans une certaine mesure aux segments usés.
De nombreuses tentatives ont été faites jusqu'à présent pour construire un segment d'étanchéité en métal pour pistons et applications analogues qui résiste méca- niquement et qui ait.une certaine flexibilité sur la paroi du cylindre, tel que des segments on métal moulé relative- ment mince comportant des oicces d'expansion séparées placées derrière le segment dans le but de maintenir la partie déformée contre la paroi du cylindre à un degré plus uniforme de poussée latérale et,
bien que cessegments remplissent la fonction de se conformerà l'alésage du cylindre présentait des défauts d'arrondi, ils ne le font cependant qu'aux dépens de la paroi du cylindre par suite d'une augmentation de frottement causée par la poussée latérale extrêmement forte sur les parois du cylindre. La plupart des segmentde ce genre, de même que les variantes de construction, sont des segments à extrémités ouvertes, c'est-à-direque lesextrémités des fentes ne se ferment pas complètement, car il faut laisser dujeu pour permettre la dilatation thermique.
Cependant, l'objet de l'invention est un segment à extrémités fermées, c'est-à-dire dans lequel les deux extré- mités sont en contact l'une avec l'autre, la dilatation du segment étant absorbée par le grand nombre de lames ou feuilles
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composant le corps du segment.
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Le sèment de l'invention peut CO::l.:>'!:'llC1J,>e plusieurs centaines ou même un nombre pins grand GJ",0re dc ' :rnelles ou feuilles cl-i,-z,oos6es sensiblement dans mi plan vertical par rapport à la paroi du cylindre, ce.-.. lamelles coopérant l'une contre l'autre d'une manière élastique et compressible.
Son diamètreest prévu, de façon à êtrenormalementsupérieur
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à l'alésage du cylindre et, loI' 3qu T ils ".c t izatroc?.mits dans l'alésage, le piston et les segments y fixés peuvent être tires de haut en bas à travers une pièce conique dont la
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plus petite extrémité est approximiltiY6nh,:,lt do 1:;, grosseur de l'alésage du cylindre quand il entre (3..Y"S le bloc à cylindres. Cette- réduction de diamètre produite tJJ:.' comprec- sion donne lieu à une poussée vers l'extérieur contre la paroi du cylindre, qui s'exerce uniformément en tous pointsautour de la périphérie du segment.
Si l'alésage du cylindre pré-
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sente de légers défauts d'arrondi, C011'(;1::' c'est le cas lorsque de nouveaux segments sont nécessaires, l'extrême 'flexibilité du segment de l'invention lui psrmot de se conf d'hier au contour de l'alésage du cylindre sans nécessiter une poussée appréciable en.un point quelconque de la périphérie du segment.
Si le segment de l'invention est fait avec la même matière ou avecune matière ayant le même degré de dureté que le
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genre de segment en métal coulé dont iI r". 6té ,>xrià précé- der,.11nent. il est facile à concevoir qu'il dure beaucoup plus que les.anciens segments sans permettre à des gaz de le
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traverser. En conséquence, on peut utiliser Ull 8ét,":.1 plus doux que celui des segments antérieurs, tel que le bronze et on obtient la même durée de service qu'avec le sagment antérieur en métal moulé; de plus, en procédant ainsi, on a réduit l'usure sur l'es parois du cylindre, en prolongeant de ce fait l'existence et l'efficacité' de la matière.
La 'somme de compressibilité existant dans le segment
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de l'invention dépend de l'épaisseur et de la nature du métal utilisa, c'est-à-dire que plus fai.ble est l'épais- seur, plus grand est lenombre de lames et que plus forte est la trenpe (:,8 la matière utilisée, plus l'expansibilité est grande.
Lorsque la périphérie du segment s'use, les es- paces compris entre les lames s'étendent légèrement, bien que cette détonte ou extension ne soit pas perceptible en un seul point à l'oeil nu et, lorsque la segment est suf- fisamment usé sur sa périphérie pour que les espaces com- pris entre les lames se détendent complètement jusqu'à leurs limite:
,' normales, ce segment doit être remplacé et ce remplacement peut âtreeffectué olusieurs fois sans réaliser les parois du cylindre, tandis que la durée de service d'un segment reste approximativement aussi longue que celle d'un segment en fer moulé , en supposant qu'on utilise de la matière appropriée, ce qui est rendu possi- ble en raison de la poussée latérale beaucoup plus légère exercée dans le segment de l'invention par rapport aux types de segmentss en métal moulé.
Non seulement le segment de l'invention est idéale- ment approprié pour les remplacements, afin de corriger les défauts d'arrondi ou ovalisations de l'alésage du cylindre mais il convient aussi parfaitement aux cons- tructions neuves, parce qu'un segment de ce genre prolon- ge beaucoup -'La durée d'existence de l'alésage du cylindre, ce qui augmente l'efficacité du moteur dans toutes ses phases de fonctionnement.
Le segment perfectionné de l'invention est constitué par du métal en feuille ou ruban façonné de diverses maniè- res pour présenter différentes formes. Suivant un mode de réalisation, il est composé de plusieurs rubans de métal, à savoir au moins trois, mais de tout nombre impair (cinq, sept, neuf, etc...) que l'on désire. Dans l'exemple décrit, , qui est actuellement la construction préférée, on utilise
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trois ruban::, les deux rubans'extérieur (; ,'!tant en ).:.ne certaine sorte de métal., telle 'que le ¯ bronze, et le ruban central étant en métal plus dur, tel que l'acier.
Au total, l'invention vise à établir un segment per- fectionné pour pistons et applications analogues, qui soit compressible dans le sens longitudinal, qui soit compressible et. flexible transversalement dans le sens de ses diamètres, qui soit,ferma à ses extrémités lorsqu'il est en sorvice et qui forme par conséquent un joint continu, sensiblement inin- terrompu, autour du piston.
D'autres buts et caractéristiques relatives à la cons- truction et au fonctionnement rassortirontde la description qui suit et des dessins annexés, dans lesquels :
La fige l est une vue en perspective illustrant l'une des opérations préliminaires au .cours de la préparation de la matière à segments, qui montre en particulier les trois rubans métalliques individuels.
La fig.2 représente, en perspective également, la seconde opération au cours de laquelle les boucles des ondu- lations représentées dans la fig.l ont été fermées'et compri- mées de telle façon que tous leurs cotés ;soient en contact les uns avec les autres.
La fige 3 est une autre vue en perspective analogue à la :Ci;. 2, mais au cours d'une opération ultérieure :le la conformation. Ici, les extrémités arrondies des ondulations comprimées ont été aplaties pour donner des surfaces plates parallèles.
La fig. 4 représente les rubans sépares sous la forme qu'ils présentent dans la fige 2 avant l'aplatissement ou matriçage des extrémités.
La fige 5 est une vue analogue des rabane séparés après leur aplatissement, suivant-la fige 3.
La fige 6 représente un.segment terminé, dans lequel les .bords des rubans pliés sont destinés à venir en contact avec la
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paroi du cylindre
La fig. 7 est une coupe transversale partielle du fond d'un piston et de'la paroi du cylindre, montrant le montage d'un segment tel que celui de la fig. 6 'en place dans le piston et l'alésage du cylindre.
La fig. 8 contre un segment en la même matière que celui de la fig. 6, mais cette matière étant tournée de 90 par rapport à celle de la fig. 6.
La fig. 9 représente le segment de la fig. 8 en place dans un piston et un alésage de cylindre, de façon analogue à la vue de la fige 7.
La fig. 10 représente le nouveau segment détendu en place dans les gorges d'un piston avant l'introduction dans un alésage de cylindre.
La fig. 11 représente les mêmes piston et segment que la fig. 10, mais après l'introduction dans l'alésage du cylindre et elle représente en particulier la contraction du segment pour lui donner un plus petit diamètre dû à la compression de la matière du segment.
La fig. 12 est une vue de détail des extrémités du segment, montrant l'insertion d'un fil coulissant dans la matière du segment dans le but d'ouvrir le segment avant de l'enfiler sur le fond du piston.
La fig. 13 est une coupe transversale partielle de la partie supérieure d'un cylindre, montrant en élévation un piston,tiré de haut en bas par un collier conique s'appuyant sur le cylindr; en face de son alésage, en vue de contracter la matièredu segment à la grandeur de l'alésage du cylindre âvant l'introduction du segment dans cet alésage.
La fig. 14 représente la matière à. segment analogue à celle de la fig. 3, sauf que le côté inférieur 13 n'a pas été aplati comme le côté supérieur; le côté bouclé permet la pé- nétration de l'huile à l'arrière de la gorge à segment du
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piston, de manière que cette cavité puisse être maintenue pleine d'huile et que cette masse d'huile fasse matelas pour réduire le .cognèrent du piston.
10 désigne un ruban d'acier doux interpose entre deux rubans (le métal plus doux 11, tel que bronze ou autre bon alliage métallique à paliers.
On fait passer les rubans 10 et 11 par un mécanismo ondulateur ou gaufreur (non représente), dans lequel les ondulations ou gaufrages 12 sont formes, après quoi ils sont comprimes dans le sens de la longueur, comme repré- senté dans la fig. 2.
La matière composée par ces rubans est maintenant matricée ouaplatie, sur le dessus des ondu- lations 12, de façon que le métal soit refoulé pour former des cotés plats-parallèles 13, divisés en segments rectan- gulaires plats 14 et présentant des lignes de division 15 les séparant partiellement les uns des Mitres.Les figs. 4 et 5 représentant plus clairement la forme des rubans séparés 10 et 11. La fig. 4'montre les boucles extérieures des ondulations 12 sous leur conformation naturelle, avant l'aplatissement par matriçage représenté par la fig. 5.
Les cavités 16 des rubans 11 correspondent aux boucles uniformes17 du ruban d'acier central 10 et ont approxima-$$$ tivement la même largeur que les éléments de division 18 s'étendant vers l'intérieur, A l'examen de la fig. 5, on voit que les rubans 11 ont maintenant la forme d'une cré- maillère dont lesdents 18 pénètrent en queue d'aronde dans le ruban uniformément ondulé 10 et que les dents 18 des deux rubans 11 alternent de part et d'autre des ondu- lations 17 du ruban 10.
Celui-ci est fait l'origine en acier demio-doux, mais, après avoir été cintré et comprimé pour lui donner la forme représentée dalt la fig.3, il acquiert un certain état trempé, d'où il résulte un effet élastique, lorsque ce ruban, est soumis à =,ne tension ou .une compression.
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- Il faut comprendre que les rubans 10 et 11 peuvent être fait en matière extrêmement mince, par exemple de 1 vingtième de millimètre, plus ou moins et qu'un segment de piston complet ayant une longueur par exemple de 20 à 25 cm. est en conséquence composé d'un grand nombre de lames et qu'une sur- face comprenant de légers écartements de 2 dixmillièmes de millimètre peut présenter à l'oeil l'aspect d'une surface ininterrompue et servir comme telle pour certains usages, bien que la matière soit compressible et extensible longi- tudinalement lorsqu'elle est emprisonnée contre ses tendances naturelles. Le rombre des lames est déterminé, pour une lon- gueur donnée, par l'épaisseur du métal utilisé dans les rubans 10 et 11 et on peut le faire varier à volonté dans de grandes limites suivant les conditions.
Dans l'exemple donné, la matière représentée dans la fig. 3 est destinée à s'emboîter dans la gorge 19 du piston 20 et les extrémités - du segment présentent respectivement une saillie 22 et un évidemont correspondant 21 pour leur permettre de s'emboîter l'une dans l'autre. Un fil 23 peut être fixé dans l'extrémité
21 et êre établi pour coulisser dans un trou 24 prévu dans l'extrémité 22 si on le désire, dans le but de guider et de maintenir les extrémités du segment lors de son introduc- tion dans l'alésée d'un cylindre.
Toute autre forme de 'joint sur les extrémités du segment serait suffisante à cet effet, le fil 23 n'étant pas essentiel pour le fonctionnement du segment, mais ayant son utilité pour maintenir ce segment sous la forme circulaire avant le montage sur un piston, ce qui permet de placer facilement le segment dans la gorge 19 'du piston 20.
Lorsque le segment est cintré sous la forme d'un cercle, comme représenté dans la fig.6, il est évident qu'il a un certain effet d'élasticité radiale produit'dans la matière du segment en raison du fait que le ruban central 10 est en métal plus ou moins trempé et que chacun des segments @
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14 s'ouvre légèrement sur la périphérie du aux,
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lignes 13, tandis que sur le bord int .uß du segment, il, y a une tendance à comprimer les lignes on ce point, toutes ces tendances produisant ainsi ue.vivo'poussée vers l'extérieur. 'r"lgré cela, selon l'inve-t':
io on sie.,l remet pas exclusivement à ce genre de poussée latérale du soin de maintenir le contact sur la paroi 25 du cylindre,
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bien que ces forces développées dans le se ment s'exercent sur cette paroi tant que les extrémités 21 et sont
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-maintenues en contact; aussi, on obtient una poussée ra- diaule sur la paroi du cylindre d'une 1.i=>iiére différente qui Ta être décrite, cette poussée ôtant uniforne', ce qui n'est pas le cas lorsqu'on utilise des segments coulés.
Du faut que la matière peut être comprimes dans le sens de la longueur, le segment est construit amont plus long qu'il n'est en réalité une fois place dans l'alé- sage du cylindre, de manière que -le diamètre du segment, quand il est détendu, soit plus grand que celui de l'alé-
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sage du cylindre comme le montre la fig. 10.
Lao piston est maintenant introduit dans l'alésage du cylindre par tout dispositif approprié, par exemple en tirant le piston et son segment à travers un manchon conique 36, dont la petite extrémité a le même diamètre que l'alésage du cy- lindre 'ou est légèrement plus petite.Lorsque le segment
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'30 ou 35, suivant le' cas, est ainsi tire à trav4a. ;r le manchon'conique -36 (fig.l3)/les-lames 0'-l ondulations de ce segment ëont-comprimées, ce qui produit une co ¯lraotioxl - du'diamètre dusegment, fait augmenter la poussée latérale sur la paroi 35 du cylindre et fait conformer le segment
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à tout . contour désiré 'de la paroi 33 du cylindre.
La fig.8 représente le segment avecles bords matri-' ces aplatis 13-placés surlecôté extérieur du serment, de telle façon que les toutes petites fentes traversant
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la surface d'usure assurent la distribution d'huile sur la paroi. du cylindre. -L'élasticité naturelle de ce segment, prise dans le sens de son diamètre, est quelque peu inférieure à celle du segment représenté sur la fig.6, en raison du fait que le métal gaufré est cintré le long du centre des courbes des gaufrages, tandis que dans la fig. 6 le cintrage, du métal se fait dans le sens de la largeur de co métal.
Il est évident qu'il y a beaucoup plue de résistance lorsqu'on cintre un ruban gaufré en un cercle avec les bords du métal placés sur la périphérie du segment, comme représenté dans les figs. 3 et 6, que lorsque la matière du segment est tournée de 90 , comme représenté dans la fig. 8.
La fig. 14 représente une autre caractéristique de la présente invention résidant en ce que le côté infé- rieur gaufré 40 est laissé sous sa forme originelle représentée dans la fige 2, le côté supérieur seul étant matricé. Les rubans du centre et du dessus 10 et Il res- pectivement sont identiquement les mêmes que dans la fig.
3, mais en laissant les boucles 41 arrondies, sauf un léguer aplatissement à leurs sommets, nécessaire pour satisfaire à certaines nécessités dans la gorge 19 du piston, on peut obtenir un effet très désirable .Natu- rellement, à chaque course du piston, le segment élève un peu d'huile et, lors de la course de descente, une partie de cette huile est refoulée sous le segment entre la surface gaufrée ou dentelée 41, ce qui fait qu'une réser- ve d'huile est toujours maintenue derrière le segment dans la gorge 19 du piston. Cette réserve d'hulle joue un double rôle, à savoir de graisser le segment du piston ' et de former un matelas d'huile, contre lequel le corps 20 du piston peut' s'amortir lorsque le piston tend à.
..exercer une poussée sur un côté du segment. Cet effet
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amortisseur est suffisant pour diminuer le cognement du piston en raison du fait que le facteur temps qui joue dans le déplacement de l'huile lorsque le piston 20 tend à se déplacer de côté contre la paroi 25En cylindre est trop grand pour permettre au piston d'agir rapidemeent et, avant que l'huile puisse être déplacée 'pour venir ou repartir du tour du segment, le piston s'est trop avancé dans sa course pour que le claquement soit perceptible,puis, pendant cette course du piston, la cavité ménagée derrière le segment est de nouveau remplie d'huile.
REVENDICATIONS @ 1: Segment d'étanchéité flexible pour pistons et applications analogues, composé de plusieurs rubans métal- liques, qui sont ondulés ensemble pour former un bloc et 'être étroitement serrés, ces ondulations étant disposées verticalement par rapport à la paroi latérale d'un piston.
2 - Segment d'étanchéité flexible suivant la revendi- cation 1, dans lequel les boucles supérieures des ondula- tions sont aplaties pour former une surface continue plate.
3- Segment d'étanchéité flexiblesuivant la revéndi- cation 1, dans lequel 'les boucles supérieures et les boucles inférieures des'ondulations sont aplaties pour former une surface continue plate.
4 - Segment d'étanchéité flexible suivant les revendi- cations 2 ou 3, dans lequel les extrémités des ondulations formant le segment sont établies de façon à s'emboîter l'une dans l'autre et munies d'un dispositif pour les maintenir en place.
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