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La présente invention s'applique aux garnitures de piston renforcées avec des nappes de tissu. Elle vise plus particulièrement les. garnitures de piston en caoutchouc, munies d'un orifice central et renforcées au moyen des nappes de toile tissée, sans toutefois être limitée à cette application.
L'idée de base de l'invention consiste à découper des bandes de toile suivant une direction formant un angle
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aigu avec les fils tissés, et d'enrouler ces bandes autour d'un axe perpendiculaire au plan de la toile, de manière à orienter les fils affleurant aux surfaces externe et interne de la pièce à fabriquer sous un certain angle par rapport aux plans.tangents desdites surfaces. Le renforcement en toile ainsi constitué permet d'obtenir un produit industriel résistant bien à l'abrasion et fabriqué suivant un procédé économique, car les, chutes de toile sont considérablement diminuées et la mise en place des nappes de tissu peut être effectuée rapidement avec une main-d'oeuvre réduite.
Des anneaux de tissu dont les fils affleurant aux surfaces de la garniture fabriquée sont inclinés suivant un angle différent de zéro par rapport aux plans tangents àuxdites surfaces sont connus par le brevet américain n 1.622.048. Ils peuvent être obtenus par divers procédés, et la présente invention a précisément pour objet un procédé pour la fabrication de tels anneaux. L'invention a également pour objet le produit industriel nouveau constitué par une garniture de piston ou une pièce analogue renforcée par un empilage d'anneaux de ce type ou par un enroulement en hélice d'une bande de tissu pouvant servir à fabriquer de tels anneaux, ainsi qu'un procédé pour la fabrication de cette garniture.
D'après l'invention, pn procédé pour la fabrication d'un anneau de tissu destiné à renforcer une garniture de piston ou une pièce analogue consiste à découper dans une de tissu des bandes de biais, par exemple inclinées à 45 sur les fils du tissu, à découper dans un bord de chaque
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bande ainsi obtenue des crans en forme de V, à enrouler à plat (sur champ) la bande ainsi découpée autour d'un man- drin de façon que le bord cranté soit au contact du mandrin et que les bords des crans en V coïncident sensiblement l'un avec l'autre, à.couper une longueur de bande égale à la longueur développée de l'anneau ainsi obtenu, et à réunir par exemple par collage les extrémités de cet anneau de façon à le fermer.
D'après l'invention également, un procédé pour la fabrication d'une'garniture de piston consiste à empiler dans un moule des anneaux de tissu obtenus par le procédé ci- dessus,:à verser dans ce moule du caoutchouc ou une matière analogue appropriée, et à vulcaniser le tout sous pression.
D'après l'invention enfin, un procédé pour la fabri- cation d'une garniture de piston ou d'un objet analogue consiste à découper dans une pièce de tissu des bandes de biais, à découper dans un bord de chaque bande des crans en forme de'V, à enrouler en hélice (sur champ) autour d'un mandrin la bande crantée, les crans étant au contact du mandrin, de façon que les bords des crans en V coïncidant sensiblement et que chaque spire de l'hélice forme sensible- ment un anneau plat, à placer l'ensemble de l'hélice ainsi ob- tenue dans un moule, à verser dans ce moule du caoutchouc ou une matière analogue, et à vulcaniser le tout sous pression pour réunir de façon solide le tissu et le reste de la matière composant la garniture.
L'invention apparaîtra plus clairement à la descrip- tion de.divers modes de réalisation, pris à titre d'exemples, illustrés par les dessins annexés dans lesquels
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La figure 1 est une demi-coupe longitudinale d'un piston équipé avec des garnitures renforcées conformément à la présente invention.
La figure 2 est une vue en plan d'un anneau de renfor- cement fabriqué suivant les procédés antérieurement connus.
La figure 3 est une vue en plan d'une toile découpée suivant,,,la présente invention.
La figure 4 est une vue en plan d'une bande en cours d'enroulement suivant le procédé objet de la présente invention.
La figure 5 est une coupe longitudinale partielle représentant schématiquement un dispositif d'enroulement suivant la présente invention.
La figure 6 est une ¯vue schématique partielle en plan dé ce dispositif d'enroulement.
Sur la figure 1, on voit un piston de pompe 1 monté sur une tige de piston 2 et'fixé au moyen d'un écrou 3. Le piston comporte une collerette centrale 10 et est..équipé avec deux garnitures d'étanchéité 4 qui sont munies à leurs extrémités de lèvres 7 destinées à assurer l'étanchéité dans le cylindre 8 de la pompe.
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Les parties des garnitures 4 situées de part et d'autre de la collerette centrale 10 du corps 1 sont renfor- cées au moyen de nappes de tissu 9. Le dispositif de la figure 1, tel que décrrit ci-dessus, est connu en lui-même; habituel- lement, le renforcement 9 est constitué par un empilage d'anneaux en tissu. L'un de ces anneaux, fabriqué suivant les
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procédés de la technique courante, est représenté sur la figure 2. On l'obtient par poinçonnage simultané d'un certain nombre de toiles empilées. Il en résulte une quantité impor- tante de chutes, car le disque intérieur 22 qui correspond à l'orifice central de la garniture, ainsi que de grandes par- ties de la' surface de toile extérieure à l'anneau, ne peuvent plus être réutilisés.
Un autre inconvénient du renforcement suivant la figure 2 est son manque de.résistance à l'abrasion due au frottement du piston dans le cylindre. En effet, à l'usage, on constate une usure rapide de la garniture sur sa périphérie, aux points d'intersection avec l'un des axes x-x ou y-y parallèles aux fils. Cette circonstance doit être attribuée au fait que les fils de trame 11, respectivement les fils de chaîne 12, sont orientés suivant les cordes des cercles concentriques limitant l'anneau de la figure 2. Au voisinage des points d'intersection de ces cercles limites avec les axes x-x et y-y, la longueur de la (Borde est très faible, le fil n'est pas maintenu dans les mailles du tissu 'et est rapidement enlevé par frottement.
L'expérience montre que des garnitures de piston telles que celle représentée sur la figure 1 périssent par détérioration du renforcement 9.
Lors d'essais comparatifs effectués sur des pompes pour boues de forage,, on a constaté que des garnitures de piston.renforcées par des anneaux du type de la figure 2 avaient une durée plusieurs fois moindre que des garnitures munies d'un renforcement suivant la présente invention.
Suivant la présente invention, le renforcement 9 des
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garnitures 4 est obtenu de la manière suivante . un morceau d'une toile de renforcement est représenté sur la figure 3, avec ses fils de traîne 19 et ses fils de chaîne 20 répartis suivant un réseau à mailles carrées ; la toile, après avoir été convenablement traitée par un procédé connu, est découpée en bandes suivant des droites parallèles 21, tracées en traits interrompus sur le dessin, inclinées d'environ 45 sur la direction des fils. Les chutes sont pratiquement négligeables au cours d'un tel découpage.
Ensuite, chaque bande est munie, sur l'un de ses bords longitudinaux, d'échan- crures triangulaires 13, comme on le voit sur la figure 4, qui représente l'enroulement d'une bande de toile 18 autour d'un rouleau 17, les échancrures étant situées à l'intérieur de l'anneau de renforcement 25 ainsi formé.
Le découpage des échancrures est nécessaire afin de permettre un enroulement "sur champ" des bandes. Au cours de l'enroulement, les bords 14 d'une échancrure 13 se rappro- chent pour ne former qu'une seule fente 15 qui s'étend sur une faible longueur à l'intérieur du renforcement et qui sera colmatée.lors dé la fabrication de la garniture dans son moule. Les fils de trame et de chaîne, orientés à environ 45 par rapport aux bords longitudinaux de la bande 18, pren- dront une position incurvée pendant l'enroulement et se trouveront situés dans l'anneau de renforcement sous certains angles,a, b, c et d, différents de zéro, par rapport res- pectivement aux tangentes z-z et z'-z' aux contours interne et externe de l'anneau de renforcement.
On remarquera qu'en aucun cas les fils ne suivront la direction des tangentes
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z-z et z'-z', ce qui permet d'éviter la formation des points faibles tels qu'ils existent sur les anneaux connus antérieurement et représentés sur la figure 2. D'autre part, lés chutes de toile, dues principalement au découpage des échancrures 13,-sont de beaucoup inférieures à celles qui sont inévitables dans le cas des anneaux de la figure 2.
Lé procédé décrit avec référence à la figure 4 permet donc de fabriquer des anneaux de renforcement 25 fendus suivant un rayon ,16, suivant-lequel on réunit les extrémités 23 et 24 d'une bande 18 découpée'à la :longueur voulue. Les anneaux du type représenté sur la figure 4 sont empilés ensuite dans un moule, et l'on termine la garniture en versant dans ce moule du caoutchouc convenablement traité, que l'on vulcanise, par un procédé connu, avec les anneaux de tissu de renforce- ment.
Cependant, l'utilisation d'une bande 18 de grande longueur permet d'augmenter la solidité du renforcement 9 et d'en réduire les frais de main-d'oeuvre occasionnés par l'empilage laborieux des anneaux, car, grâce à un autre perfectionnement dû à la présente invention, l'on renonce à la confection des anneaux individuels 25, la fabrication du renforcement 9 pour la garniture 4 se faisant au cours d'une seule opération. Il suffit pour cela d'enrouler la bande 18 en hélice autour du rouleau 17, les couches de renforcement se superposant continuellement les unes aux autres pour former l'épaisseur désirée du renforcement dans le sens de l'axe du rouleau 17, perpendiculaire au plan de la figure 4.
Les échancrurent 13 facilitent l'enroulement de la bande 18. En effet, lorsque cette bande a une largeur importantè,-,,,'-,
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on ne pourrait l'enrouler "sur champs autour d@ rouleau 17 sans qu'elle se gondole et qu'elle devienne concave ou conve. xe. Un autre inconvénient serait un effort de traction considérable exercé sur les fils, qui risqueraient de se rompre pendant l'enroulement. Le découpage des échancures 13 ne pallie pas seulement les inconvénients cités ci-dessus, mais il aboutit également à un autre résultat inattendu et très important. En effet, malgré la présence des échancrures, il est impossible d'obtenir une planéité parfaite des anneaux 25 de la figure 4.
En pratique, les languettes délimitées par les bords 14 des échancrures 13 s'enchevêtrent et se superposent à l'intérieur d'une spire de renforcement, et aussi d'une spire à l'autre. Des essais d'arrachage des cou- ches de tissu ont montré que l'on obtient ainsi une augmentation de la rigidité du produit et de la résistance à l'arrachement des couches au voisinage du trou central du renforcement, effet technique qui présente un gros avantage par exemple dans l'application de ce renforcement en tissu aux garnitures des presse-étoupe sur tiges de piston.
L'enroulement en hélice de la bande 18 est diffici- lement réalisable et, par conséquent, trop coûteux, dans le cas du travail manuel, qui est le procédé habituel dans la fabrication des garnitures en caoutchouc renforcées, mais il devient industriellement rentable ei l'on emploie un dispo- sitif mécanique tel que celui dont la description va suivre à titre d'exemple non limitatif.
Le dispositif d'enroulement représenté schématique- ment sur'les figures 5 et 6 comprend une broche verticale 26, pouvant coulisser dans le sens axial, entraînée en rota-
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tion au moyen d'un moteur non représenté, et logée à l'in- térieur d'un piston 29, avec interposition de roulements 30 et 31. Le piston 29, qui ne tourne pas, coulisse avec la broche 26 dans le cylindre 32. L'étanchéité entre le piston et le cylindre est assurée au moyen de joints 33 et 34.
Le cylindre 32 comprend des espaces 36 et 37 remplis d'huile et isolés l'un de/l'autre par un épaulement 35 du piston 29.
Un ressort hélicoïdal de compression 45 est logé dans l'espace 36.
Des canalisations 38 et 39 permettent de mettre en communication les espaces 36 et 37. Un clapet de retenue 40 interdit tout écoulement de l'huile par la canalisation 38 de l'espace 37 vers l'espace 36, mais permet la circulation d'huile en sens inverse. La canalisation 39 peut être obturée au moyen d'un robinet 41.
La broche 26 est munie à sa partie supérieure d'un épaulement 27 prenant appui sur le roulement 30 ; se prolonge vers le haut par un plateau d'entraînement 28 et se termine par un embout 17 qui corres- pond à l'orifice central du renforcement 9 à fabriquer, Le renforcement 9 est formé par enroulement de la bande 18, qui se déroule dans le sens de la flèche F depuis un tambour @ d'alimentation 4.4. Sur le dessin, l'on a exagéré intention- nellement l'écartement entre les spires du renforcement 9, afin de mieux souligner sa forme hélicoïdale; en réalité, les spires sont comprimées les unes contre les autres sous l'effort exercé par le ressort 45.
Le renforcement 9 vient buter vers le haut contre des galets 43 qui tournent fous autour d'axes horizontaux 42 'solidaires du bâti (non représenté) de
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la machine. On notera que les vitesses de rotation des galets 43 sont d'autant plus'grandes que les galets se trouvent plus éloignés de l'axe de la broche 26. Les galets 43 sont Maintenus contre.tout mouvement longitudinal le long des axes 4-2..Les axes 42 sont articulés sur le bâti du dispositif; ils sont rigidement verrouillés pendant la fabrication du renfor- cement 9 et peuvent être escamotés en fin de l'opération, afin de dégager le renforcement et pouvoir l'enlever du plateau 28.
Le dispositif fonctionne comme suit au début de l'opération, le plateau 28 se trouve en position haute, le robinet 41 étant fermé. L'extrémité de la bande 18 est placée entre le plateau 28 et les galets 43. La broche 26 étant mise en rotation, le plateau 28 accroche la bande 18 au moyen de griffes non représentées, l'entraîne en rotation, et l'enroule autour de l'embout 17.
Au fur et à mesure que le nombre de spires augmente dans le renforcement 9, , le plateau 28 descend, le piston 29 comprime le ressort 45 et chasse l'huile de l'espace 36 par la canalisation 38 vers l'espace.' 37. Le renforcement 9 reste comprimé sous l'effort exercé par le ressort 45, effort nécessaire à l'entraînement de la bande 18 et aussi à son enroulement, car la rigidité de la toile et la courbure prise par la bande 18 risqueraient de provoquer une déformation des spires si le renforcement' 9 n'était pas comprimé. Lorsque le renforcement 9 atteint une épaisseur suffisante, le moteur de commande de la bpohe 26 est arrêté et la bande 18 est sectionnée; ces opérations peuvent être effectuées automatiquement par des moyens connus non représentés.
Ensuite, les axes 42 sont effacés et le
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@enforcement 9 est enlevé du plateau 28. Le plateau 28 ne peut pas remonter après effacement des axes 42, car il est arrêté dans son'mouvement par l'huile emprisonnée dans l'espace 37, qui bloque le piston 29. On ouvre donc le robinet 4'il le plateau 28'remonte sous 'l'action du ressort 45, et le pïston 29 fait passer l'huile de l'espace 37, par la canalisation 39, dans l'espace 36. L'opération peut être alors recommencée à nouveau, après fermeture du robinet 41.
Il doit être bien entendu que le mode de réalisation décrit ne l'a été qu'à titre d'exemple non limitatif, des modifications de détail étant possibles saris sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'invention n'est pas limitée aux garnitures d'étanchéité pour des pièces animées d'un mouvement alternatif, telles que des garnitures de piston ou, de.presse-étoupe, ni même aux garnitures d'étanchéité en général, mais elle s'étend à toutes les pièces en caoutchouc synthétique ou naturel, en matières plastiques, ou en toute autre matière, susceptibles d'être renforcées au moyen d'un tissu. Le tissu utilisé en renforcement peut être fabriqué avec des fibres naturelles organiques, synthétiques, miné- rales, avec des fils métalliques, ou autres.
Les pièces renforcées ne sont pas nécessairement de section circulaire; elles peuvent présenter un contour approximativement polygonal, à condition d'en arrondir suffisamment les angles. L'on peut obtenir également des pièces n'ayant pas une forme prismatique; ainsi, par exemple,-si les lignes de coupe 21 sur la figure 3 n'étaient pas des droites para/llèles, on pourrait confectionner des.bandes de largeur variable pour la fabri- cation de pièces coniques. Les lignes 21 pourraient être
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courbes, en vue soit de fabriquer des pièces de forme appro- priée, soit de faciliter l'enroulement des bandes 18 autour du rouleau 17.
Les droites parallèles 21 de la figure 3 pourraient également être inclinées sous un angle différent de' 45 , par exemple pour tenir compte du mode de tissage de la toile employée. Les échanorures 13, au lieu d'être trian- gulaire, pourraient avoir une forme trapézoïdale ou toute autre forme convenable.
REVENDICATIONS
1 - Garniture de piston ou produit analogue renforcée par des éléments annulaires de tissu dont les fils affleu- rant aux surfaces exposées de la garniture sont inclinés suivant un angle différent de zéro par rapport aux plans tangents auxdites surfaces, caractérisée par le fait que cette garniture frotte contre la paroi le long de laquelle elle doit assurer l'étanchéité au moyen de sa surface offrant la plus grande résistance à l'abrasion, c'est-à-dire celle où affleurent les extrémités précitées des fils.