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PERFECTIONNEMENTS AUX BAGUES D'USURE DESTINEES A ETRE UTILISEES AVEC DES
SEGMENTS DE PISTON ET DE'GARNITURE.
L'invention est relative à des bagues d'usure destinées à ê- tre insérées entre la surface latérale d'un segment élastique de piston, ou de garniture et la paroi d'une gorge circonférentielle dans laquelle le seg- ment de piston ou de garniture agit. De telles bagues d'usure peuvent être employées sur des pistons pour moteurs à combustion interne, compresseurs, ou pompes, et également dans les boites à bourrage pour tiges et arbres.
Il est bien connu que le jeu à la surface latérale des segments de piston augmente avec l'usage, du fait de l'usure des parois.latérales des gorges de segments, due à l'action abrasive et, dans le cas de moteurs à com- bustion interne, à l'attaque électrolytique ou acide résultant des sous-pro- duits de combustion,cela étant particulièrement le cas dans les moteurs à allumage par compression utilisant des carburants à haute teneur en soufre.
Il en résulte que les segments ne donnent plus une étanchéité convenable a- près un certain temps, et permettent une fuite de gaz. Bien qu'il soit possi- ble de réduire une telle usure et une telle fuite en utilisant une zone pour segments, en matière austénitique résistant à l'usure et à la chaleur, cou- lée dans le piston proprement dit dans lequel les gorges sont machinées, un tel processus implique une augmentation importante du poids final et du coût de fabrication du piston, ce qui est désavantageux. En vue de réduire une telle usure, il a été proposé précédemment de prévoir, de l'un ou de chacun des côtés d'un segment de piston, une bague d'usure fendue ayant une forme propre d'allure sensiblement circulaire avec un diamètre plus petit que le diamètre intérieur de la gorge, et réalisée en une matière résistante.
De tels bagues d'usure sont déployées en place dans les gorges et ne sont pas, de ce fait, réellement circulaires, avec le désavantage qu'elles ne touchent le fond des gorges, qu'en deux endroits opposés sensiblement diamétralement
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et tendent par conséquent à vibrer ou à "balloter", lorsqu'elles sont en usage, spécialement lorsque le piston a un taux élevé d'acéélération dans son cylindre. De plus, en raison du fait que les bagues d'usure ne touchent pas complètement le fond des gorges, il est possible aux gaz de s'échapper, par les espaces ainsi laissés entre la circonférence intérieure des'bagues d'usure et le fond des rainures. Un objet de la présente invention consiste à procurer une forme perfectionnée de bague d'usure, grâce à laquelle ces défauts peuvent être surmontés ou atténués.
Un autre objet consiste à rédui- re les défauts correspondants dans la réalisation inverse, dans laquelle un segment élastique de bourrage ou garniture est maintenu dans' une gorge d'un logement, avec tendance à se contracter sur un arbre ou une tige.
L'invention prévoit une bague d'usure fendue destinée à être insérée entre un segment de piston et une face latérale d'une gorge dans laquelle agit le segment de piston, laquelle bague d'usure est-réalisés en une matière mince dans la direction de son axe, a ses faces dirigées axia- lement, parallèles l'une à l'autre ou convergeant vers l'extérieur, et a, lorsqu'elle est libre et non forcée, ses extrémités, à la fente, qui se re- couvrent et est alors de forme légèrement ovale ou elliptique avec la fen- te à l'extrémité du plus long axe, de telle manière que, lorsqu'elle est déployée ou dilatée sur un élément circulaire jusqu'à un point tel que ses extrémités soient légèrement séparées,
ladite bague soit intérieurement de forme réellement circulaire et touche l'élément susdit en au moins trois endroits espacés l'un de l'autre de moins de 180 .
L'invention comprend aussi l'inverse de la bague qui vient d'être décrite, savoir une bague d'usure fendue destinée à être insérée entre un segment de bourrage ou de garniture et une surface latérale d'une gorge dans laquelle ledit segment agit, laquelle bague d'usure est réalisée en une matière mince dans la direction de son axe et a, lorsqu'elle est li- bre et non forcée, ses extrémités, à la fente, espacées l'une de l'autre, et est alors de forme légèrement ovale ou elliptique avec la fente à l'ex- trémité de l'axe le plus court, de telle manière que, lorsqu'elle est con- tractée dans un élément circulaire d'une quantité telle que ses extrémités ne soient plus que légèrement séparées, ladite bague soit intérieurement de forme bien circulaire et touche l'élément circulaire en au moins trois endroits espacés l'un de l'autre de moins de 180 .
De préférence, la forme de la bague d'usure est telle qu'elle touche l'élément circulaire sensiblement suivant l'entièreté de la circon- férence de ladite bague.
L'invention prévoit aussi un piston ayant une gorge contenant un segment de piston élastique et comportant dans la gorge, de l'un ou de chacun des côtés du segment de piston, une bague d'usure fendue, qui est construite en une matière convenable, élastique et résistant à l'usure, est entièrement contenue dans la gorge, et touche le fond de celle-ci¯en au moins trois endroits espacés de moins de 180 .
Il est préférable que la bague d'usure touche le fond de la gorge d'une manière sensiblement uniforme suivant sa circonférence.
L'invention prévoit encore une boite à bourrage comprenant un logement autour d'une tige ou d'un arbre, et au moins un segment élastique de garniture ou bourrage qui est contenu dans une gorge annulaire dirigée vers l'intérieur, dans le logement, et disposé pour se contracter d'une ma- nière élastique sur la tige ou l'arbre, avec, dans la gorge, de l'un ou de chacun des côtés du segment de garniture, une bague d'usure fendue, qui est construite en une matière convenable, élastique et résistant à l'usure, est contenue entièrement dans la gorge, et réalise un contact à pression élas- tique avec le fond de la gorge en au moins trois endroits espacés de moins de 180 .
La bague d'usure dans un piston ou une boite à bourrage, telle que décrite ci-avant, peut être rigidement maintenue en place dans la gorge en soudant par points ou en déformant le bord de la gorge afin qu'il soit
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en contact avec la circonférence de la bague.
L'invention prévoit encore le procédé de fabrication d'une bague d'usure destinée à être utilisée dans un piston, comme décrit ci-avant, ledit procédé comprenant les phases suivantes : fabrication d'une bague mé- tallique circulaire, fendue, mince dans le sens axial; compression par force de la bague de manière que ses extrémités, à la fente, se recouvrent et que ladite bague prenne une forme légèrement ovale ou elliptique avec la fente à l'extrémité du plus long axe ; ensuite le traitement à chaud de ladite bague pendant qu'elle est soumise à la force de compression de manière que les efforts soient relâchés et que la bague conserve la forme ovale lorsque la force de compression est supprimée.
En mettant en oeuvre ce procédé, la force de compression peut être appliquée en trois endroits autour de la bague, l'un diamétralement opposé à la fente et les deux autres à 60 de chaque côté de celle-ci.
La forme inverse du procédé ci-avant peut, suivant l'invention, être appliquée à la fabrication d'une bague d'usure destinée à être utilisée dans une boite à bourrage, tel que décrit ci-avant. Dans cette forme, le pro- cédé comprend les phases suivantes : réalisation d'une bague métallique cir- culaire, fendue, mince dans le sens axial; expansion par force de la bague de manière qu'elle soit ouverte et de forme légèrement ovale ou elliptique avec la fente à l'extrémité de l'axe le plus court ; ensuite un traitement à la chaleur de la bague pendant qu'elle est soumise à la force d'expansion, de manière que les efforts soient relâchés et que la bague conserve la for- me ovale lorsque la force d'expansion est supprimée.
Les bagues d'usure peuvent être réalisées en une matière pou- vant être traitée à la chaleur, comme un acier à ressort ou un autre métal convenable, élastique, résistant à l'usure, tel que le-bronze, et peuvent- être plaquées ou recouvertes d'une autre matière (par exemple, par giclage), sur la surface d'usure, par du chrome ou une autre matière résistant à l'u- sure et à la corrosion.
Les bagues peuvent être incorporées dans de nouveaux pistons ou dans des pistons subissant une réparation ou une transformation. Dans l'un et l'autre cas, la gorge destinée à contenir les segments de piston et les bagues d'usure est machinée jusqu'à une largeur suffisante à cet ef- fet.
Certains exemples particuliers de bagues d'usure, leur utili- sation et leur fabrication seront maintenant décrits avec référence aux des- sins.
La figure 1 est une vue d'une bague d'usure durant la fabrica- tion.
La figure 2 est un schéma montrant une autre phase de la fabri- cation d'une bague.
La figure 3 est une vue latérale d'un piston comportant deux bagues d'usure en place.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
La figure 5 est une vue de détail montrant une forme modifiée de bagues d'usure, en place dans un piston.
La figure 6 montre un procédé de maintien en place des bagues d'usure dans un piston.
La figure 7 montre un autre procédé pour le maintien en place des bagues d'usure.
La figure 8 est une coupe montrant l'application de l'inven- tion à un segment de boite à bourrage.
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Le premier exemple, montré aux figures 1 à 4, est relatif à une bague d'usure destinée à un piston de moteur à combustion interne. -
Au cours de la fabrication de la bague 11, celle-ci, en acier pour ressort, regoit d'abord une forme bien circulaire par enroulement dans des rouleaux de forme, tels que ceux qui sont couramment utilisés pour pro- duire des formes circulaires, ou bien ladite bague est formée par découpage à partir d'une certaine longueur de tube sur un tour. La bague est de sec- tion sensiblement rectangulaire avec, si on le désire, des coins arrondis.
La bague est fendue radialement, comme montré en 12, et est de diamètre in- térieur égal à celui de la base ou racine de la gorge 13 du piston 14, avec lequel ladite bague doit être utilisée.
La bague est comprimée dans un calibre 16 comportant' trois broches ou colonnes 17 espacées de 180 . L'espacement des broches est telle que, lorsque la bague est placée entre elles, comme représenté, elle est comprimée de sorte que ses extrémités se recouvrent, comme montre, jusqua' un point excessif, en 18, et la bague est contractée diamétralement et prend une forme légèrement ovale ou elliptique, la fente se trouvant à l'extrémité du plus long axe, qui est vertical à la figure 2.
Le calibre portant la bague - il peut porter un grand nombre de bagues en vue d'un traitement simultané - est alors soumis à une tempéra- ture d'environ 300 C pendant une période de trente minutes, ou plus, sui- vant la masse et le poids de tout le métal compris, jusqu'à ce que les ef- forts créés dans la bague par la compression de celle-ci soient relâchés.
Le calibre, contenant encore la bague, est alors écarté de la chaleur et laissé à refroidir à l'atmosphère, ou bien il peut être trempé dans un liquide convenable. La bague est alors enlevée du calibre et a, à l'état libre, sensiblement la forme ovale dans laquelle elle était compri- mée dans le calibre.
Lors de l'utilisation, deux bagues 11, préparées comme il vient d'être décrit, sont placées dans la gorge supérieure 13 du piston 14, en alliage d'aluminium, la gorge ayant une largeur juste suffisante pour recevoir les deux bagues 11 et un segment de piston 20 en fonte. Les bagues 11 sont déployées par le fond de la gorge du piston pour être ramenées à la forme circulaire qu'elles avaient avant la compression et le traitement à la chaleur, et on remarquera qu'elles se monteront étroitement contre le fond de la gorge et qu'elles toucheront le piston suivant au moins les' trois endroits correspondant aux broches. 17 et, en pratique, suivant sensiblement l'entièreté de la circonférence de la gorge. Les bagues seront de ce fait préservées de tout "ballottement".
Il entre dans les visées de l'invention d'employer, dans le calibre, plus de trois broches ou bien une surface continue disposée et conformée de telle sorte que les bagues terminées aient une forme telle qu'el- les procurent un attouchement sensiblement uniforme sur la base de la gorge du segment de piston, suivant l'entièreté de leur circonférence. Cette forme peut être trouvée expérimentalement.
Il entre aussi dans les visées de l'invention de prévoir l'es- tampage des bagues à partir d'une feuille métallique, soit à la forme circu- laire montrée à la figure 1, soit directement à la formce ovale que lesdites bagues ont après le traitement décrit ci-avant. La feuille métallique peut déjà comporter un revêtement de chrome ou d'un autre matériau dur.
Les bagues peuvent encore être formées en enroulant une bande en une forme hélicoïdale et en découpant ensuite l'hélice en bagues indivi- duelles qui peuvent alors être traitées comme ci-avant.
Une autre méthode de fabrication des bagues consiste à les a- mener d'abord à une forme bien circulaire, avec une fente, à les comprimer ensuite de manière que les extrémités se recouvrent à la fente, à maintenir les extrémités recouvertes, à laisser le restant de la bague libre, et à soumettre alors lesdites bagues à un traitement à la chaleur, comme ci-avant.
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Les bagues formées de cette manière auront un attouchement sensiblement uni- forme sur le piston suivant la circonférence de celui-ci. --
La figure 5 montre une variante des bagues d'usure'décrites ci-avant, dans laquelle l'épaisseur de la matière formant les bagues 11 est rendue conique vers l'extérieur. De telles bagues devraient être. utilisées avec des segments de piston ayant une conicité correspondante.
Les bagues d'usure peuvent, si on le désire, être maintenues, avec plus de sécurité, au moyen d'un soudage par points au piston, comme ' montré par 19 à la figure 6. De telles soudures peuvent être utilisées avec des bagues rectangulaires, comme à la figure 3, ou avec des bagues'coniques, telles que celles représentées aux figures 5 et 6. Les soudures peuvent, par exemple, se trouver à des intervalles de 45 .
La figure 7 montre une autre méthode de maintien, avec plus de sécurité, des bagues d'usure. Dans cette méthode, le bord de la gorge pour la bague est repoussé, retourné ou rabattu sur la bague comme montré en 20.
La figure 8 montre l'application de l'invention à une boite à bourrage, dans laquelle un segment élastique 21 se contracte sur une tige ou un arbre de manière à réaliser un joint étanche avec ce dernier. Les ba- gues d'usure 23 sont prévues entre le segment 21 et les parois latérales de la gorge 24 et sont conçues pour se déployer en un contact sous pression avec le fond de la gorge 24. Ces bagues peuvent être réalisées par la méthode in- verse de celle décrite, à savoir que les bagues ont d'abord une forme cir- culaire et sont ensuite dilatées sur un calibre à trois broches, puis trai- tées à la chaleur.
Les bagues d'usure peuvent être utilisées avec des segments d'étanchéité pour pistons ou boites à bourrage, comme décrit ci-avant, ou avec des segments racleurs d'huile.
REVENDICATIONS.
1. Une bague d'usure fendue destinée à être insérée entre un segment de piston et une face latérale d'une gorge dans laquelle agit le segment de piston, laquelle bague d'usure est réalisée en une matière mince dans la direction de son axe, a ses faces dirigées axialement, parallèles l'une à l'autre ou convergent vers l'extérieur, et a, lorsqu'elle est libre et non forcée, ses extrémités, à la fente, qui se recouvrent et est alors de forme légèrement ovale ou elliptique avec la fente à l'extrémité du plus long axe, de telle manière que, lorsqu'elle est déployée ou dilatée sur un élément circulaire jusqu'à un point tel que ses extrémités soient légèrement séparées, ladite bague soit intérieurement de forme réellement circulaire et touche l'élément susdit en au moins trois endroits espacés l'un de l'au- tre de moins de 180 .
2. Une bague d'usure fendue destinée à être insérée entre un segment de bourrage ou de garniture et une surface latérale d'une gorge dans laquelle ledit segment agit, laquelle bague d'usure est réalisée en une ma- tière mince dans la direction de son axe et a, lorsqu'elle est libre et non forcée, ses extrémités, à la fente, espacées l'une de l'autre, et est alors de forme légèrement ovale ou elliptique avec la fente à l'extrémité de l'axe le plus court, de telle manière que, lorsqu'elle est contractée dans un élé- ment circulaire d'une quantité telle que ses extrémités ne soient plus que légèrement séparées, ladite bague soit intérieurement de forme bien circu- laire et touche l'élément circulaire en au moins trois endroits espacés l'un de l'autre de moins de 180 .