TITRE : Appareil hydraulique à percussions équipé d'un dispositif d'étanchéité

La présente invention concerne un appareil hydraulique à percussions.

Les appareils hydrauliques à percussions, de type brise-roche ou perforatrice, sont généralement équipés d'un corps de guidage comprenant un alésage, et d'un piston de frappe monté coulissant à l'intérieur de l'alésage et agencé pour être entraîné en translation de façon alternative par un fluide incompressible. Dans le cas particulier d'un appareil rotopercutant hydraulique, c'est-à-dire du type perforatrice, le piston de frappe peut éventuellement en outre être entraîné en rotation autour de son axe longitudinal.

Afin d'assurer une étanchéité entre le corps de guidage et le piston de frappe d'un appareil hydraulique à percussions, et donc d'éviter une perte de fluide incompressible, le corps de guidage comporte une rainure de retenue annulaire, coaxiale au piston de frappe et débouchant dans l'alésage, dans laquelle est monté un dispositif d'étanchéité.

Un premier type de dispositif d'étanchéité connu consiste en un joint d'étanchéité monobloc présentant une section en U et comportant ainsi une première lèvre d'étanchéité interne destinée à coopérer avec la surface extérieure du piston de frappe afin d'assurer une étanchéité dynamique entre le joint d'étanchéité et le piston de frappe en mouvement, et une lèvre d'étanchéité externe destinée à coopérer avec le fond de la rainure de retenue annulaire du corps de guidage afin d'assurer une étanchéité statique entre le joint d'étanchéité et le corps de guidage.

Un tel dispositif d'étanchéité assure une étanchéité satisfaisante à faible vitesse de translation et faible fréquence de frappe du piston de frappe.

Cependant, lors des déplacements en translation du piston de frappe, le contact entre un tel dispositif d'étanchéité et le piston de frappe engendre un frottement non négligeable, et donc un échauffement par friction du piston de frappe pouvant aller jusqu'à la destruction de la lèvre d'étanchéité interne.

De plus, dans le cas d'un appareil rotopercutant hydraulique, la rotation du piston de frappe sans translation de ce dernier ne permet pas d'assurer une lubrification et un refroidissement corrects de la lèvre d'étanchéité interne. Il en résulte une destruction rapide de la lèvre d'étanchéité interne.

Un deuxième type de dispositif d'étanchéité connu consiste en un dispositif d'étanchéité comprenant : - une bague d'étanchéité interne comprenant :

- une portion d'étanchéité interne qui est annulaire et qui comporte une lèvre d'étanchéité destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe,

- une portion de protection annulaire décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne, la portion de protection annulaire étant délimitée intérieurement par au moins une surface de protection convergente, la surface de protection convergente étant annulaire et convergeant en direction de la lèvre d'étanchéité,

- une gorge annulaire débouchant vers l'intérieur de la bague d'étanchéité interne, la gorge annulaire étant disposée entre la lèvre d'étanchéité et la surface de protection convergente, et

- un élément d'étanchéité externe distinct de la bague d'étanchéité interne et monté autour de la bague d'étanchéité interne, l'élément d'étanchéité externe étant annulaire et destiné à prendre appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire.

Un tel dispositif d'étanchéité assure une étanchéité satisfaisante à grande vitesse de translation et importante fréquence de frappe du piston de frappe, et un faible frottement sur le piston de frappe, donc un faible échauffement par friction de la lèvre d'étanchéité.

En outre, la configuration de la surface de protection convergente permet de former, avec la surface extérieure du piston de frappe, un gicleur annulaire progressif adapté pour réduire progressivement l'épaisseur et le débit du fluide incompressible s'écoulant en direction de la lèvre d'étanchéité, et donc de diminuer l'amplitude des pics de pression générés par des mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible commandant les déplacements du piston de frappe.

De plus, la présence de la gorge annulaire entre la lèvre d'étanchéité et la surface de protection convergente permet de diminuer la vitesse d'arrivée du fluide incompressible sur la lèvre d'étanchéité de par l'augmentation de la surface de passage du fluide incompressible, ce qui permet encore d'amortir les pics de pression résiduels.

Ainsi, la configuration de la bague d'étanchéité interne du deuxième type de dispositif d'étanchéité précité permet de réduire fortement l'amplitude des pics de pression évoqués précédemment, et donc d'éviter une rupture de la lèvre d'étanchéité. De ce fait, le deuxième type de dispositif d'étanchéité précité présente une fiabilité accrue. Toutefois, un problème rencontré avec le deuxième type de dispositif d'étanchéité précité réside dans le fait que des potentielles vibrations radiales du piston de frappe sont susceptibles d'engendrer une montée en pression dans la gorge annulaire située entre la lèvre d'étanchéité et surface de protection convergente.

La conséquence d'une telle montée en pression dans la gorge annulaire est un agrandissement indésirable du diamètre intérieur de la portion de protection annulaire, nuisant ainsi à l'efficacité de la portion de protection annulaire, et exposant par conséquent la lèvre d'étanchéité aux pics de pression générés par l'écoulement du fluide incompressible. Or, une telle exposition de la lèvre d'étanchéité aux pics de pression peut entraîner la destruction de la lèvre d'étanchéité.

De plus, si les mouvements radiaux du piston de frappe arrivent à fermer localement le volume de la gorge annulaire située entre la portion de protection annulaire et la lèvre d'étanchéité, la montée en pression de la gorge annulaire peut conduire à la destruction de la bague d'étanchéité interne par surpression.

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un appareil hydraulique à percussions comprenant un dispositif d'étanchéité qui soit de structure simple, économique, et fiable.

A cet effet, la présente invention concerne un appareil hydraulique à percussions, comprenant :

- un corps de guidage comprenant un alésage et une rainure de retenue annulaire ménagée sur le corps de guidage et débouchant dans l'alésage,

- un piston de frappe monté coulissant à l'intérieur de l'alésage selon une direction de déplacement et agencé pour être entraîné de façon alternative par un fluide incompressible,

- un premier passage de fluide et un deuxième passage de fluide qui sont situés de part et d'autre de la rainure de retenue annulaire et qui sont chacun définis entre le corps de guidage et le piston de frappe, le premier passage de fluide étant situé à proximité d'une première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et reliant fluidiquement la rainure de retenue annulaire à un circuit de fluide incompressible associé au mouvement alternatif du piston de frappe, le deuxième passage de fluide reliant fluidiquement la rainure de retenue annulaire à un circuit de fluide compressible et étant situé à proximité d'une deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire qui est opposée à la première paroi latérale, et - un dispositif d'étanchéité monté dans la rainure de retenue annulaire de manière à réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide et le deuxième passage de fluide, le dispositif d'étanchéité comprenant :

- une bague d'étanchéité interne comprenant :

- une portion d'étanchéité interne qui est annulaire et qui comporte une lèvre d'étanchéité destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe,

- une portion de protection annulaire décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne, la portion de protection annulaire étant délimitée intérieurement par au moins une surface de protection convergente, la surface de protection convergente étant annulaire et convergeant en direction de la lèvre d'étanchéité,

- une gorge annulaire débouchant vers l'intérieur de la bague d'étanchéité interne, la gorge annulaire étant disposée entre la lèvre d'étanchéité et la surface de protection convergente, et

- au moins un canal d'équilibrage comprenant une première extrémité débouchant dans la gorge annulaire et une deuxième extrémité débouchant dans une surface extérieure de la portion de protection annulaire, l'au moins un canal d'équilibrage étant configuré pour relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide, et

- un élément d'étanchéité externe distinct de la bague d'étanchéité interne et monté autour de la bague d'étanchéité interne, l'élément d'étanchéité externe étant annulaire et destiné à prendre appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire.

La présence de l'au moins un canal d'équilibrage permet, lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est activité et en cas de mouvement radial violent du piston de frappe, de relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide et donc au circuit de fluide incompressible de l'appareil hydraulique à percussions. La pression dans la gorge annulaire reste alors proche de la pression du circuit de fluide incompressible qui n'est pas soumis aux vibrations radiales du piston de frappe.

Par conséquent, la présence de l'au moins un canal d'équilibrage permet de maintenir l'efficacité de la portion de protection annulaire contre les pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et donc de maintenir la fiabilité du dispositif d'étanchéité, y compris en cas de mouvement radial violent du piston de frappe.

L'appareil hydraulique à percussions peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est prévu sur la portion de protection annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est orientée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire comporte une gorge d'équilibrage annulaire ménagée une surface extérieure de la portion de protection annulaire, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouchant dans la gorge d'équilibrage annulaire. De façon avantageuse, la gorge d'équilibrage annulaire est sensiblement coaxiale au piston de frappe.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouche dans une surface d'extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage présente un diamètre compris entre 0,4 et 1,2 mm, et par exemple d'environ 0,7 mm.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chacun des premier et deuxième passages de fluide est annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de fluide compressible est un circuit d'air lubrifié sous pression configuré pour refroidir et lubrifier des organes mécaniques de l'appareil hydraulique à percussions.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil hydraulique à percussions est configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide, c'est- à-dire lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est stoppé, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est obturée par l'élément d'étanchéité externe ou par la première paroi latérale.

Lorsque la pression du fluide compressible augmente à une valeur supérieure à celle du fluide incompressible, principalement lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est arrêté, la bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe sont poussés par la pression du fluide compressible vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire recevant le dispositif d'étanchéité, et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est obturée par l'élément d'étanchéité externe ou par la première paroi latérale. En outre, l'élément d'étanchéité externe vient exercer un effort radial principalement sur la portion de protection annulaire, et l'intersection de la gorge annulaire avec la portion de protection annulaire devient alors une arête d'étanchéité, de telle sorte que la gorge annulaire située entre la portion d'étanchéité interne et la portion de protection annulaire n'est plus en communication fluidique avec le circuit de fluide incompressible. Par conséquent, les circuits de fluide compressible et incompressible sont de nouveau bien séparés.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil hydraulique à percussions est configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide, c'est-à-dire principalement lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est activé, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est libérée de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide via l'au moins un canal d'équilibrage. En particulier, lorsque la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est libérée, le dispositif d'étanchéité autorise un écoulement de fluide incompressible depuis la gorge annulaire et à travers l'au moins un canal d'équilibrage et une évacuation dudit fluide incompressible à travers la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage.

Lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe est activé (c'est-à- dire lorsque la percussion de l'appareil hydraulique est activée), le fluide incompressible est sous une pression supérieure à celle du fluide compressible. La bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe sont donc poussés par le fluide incompressible au contact de la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire. Dans cette position normale de travail, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage est libérée et le dispositif d'étanchéité sépare efficacement le fluide incompressible du fluide compressible. En effet, la lèvre d'étanchéité est protégée, par la portion de protection annulaire, des pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et le dispositif d'étanchéité, et en particulier la portion de protection annulaire, est protégé des pics de pressions engendrés par le mouvement radial potentiel du piston de frappe par l'au moins un canal d'équilibrage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe est déplaçable et/ou déformable entre une configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe obture la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage, et une configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe libère la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire est agencée pour délimiter un passage d'écoulement annulaire avec le piston de frappe au moins lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la lèvre d'étanchéité fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à la portion de protection annulaire.

Avantageusement, l'élément d'étanchéité externe est agencé pour exercer un effort de compression sur la portion d'étanchéité interne au moins lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe est agencé pour exercer un effort de compression sur la portion de protection annulaire au moins lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la gorge annulaire est délimitée par la lèvre d'étanchéité et la portion de protection annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente s'étend à partir d'une extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente présente un angle au sommet compris entre 10 et 40°. De ce fait, les composantes axiales des forces hydrauliques résultant des pics de pression restent faibles sur la surface de protection convergente.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire s'étend longitudinalement sur plus de la moitié de la longueur de la bague d'étanchéité interne. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente s'étend longitudinalement sur au moins 20% de la longueur de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire est délimitée intérieurement en outre par une surface de protection divergente qui est annulaire et qui diverge en direction de la lèvre d'étanchéité, la surface de protection divergente étant disposée entre la surface de protection convergente et la lèvre d'étanchéité, et délimitant au moins en partie la gorge annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la première extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouche dans la surface de protection divergente.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente présente un angle au sommet inférieur à 140°, et par exemple inférieur à 90°.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente présente une hauteur radiale d'au moins 5/10 ^ème de millimètre.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection convergente et/ou la surface de protection divergente sont sensiblement tronconiques.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire est délimitée intérieurement en outre par une surface de protection intermédiaire sensiblement cylindrique et disposée entre la surface de protection convergente et la gorge annulaire. La présence d'une telle surface de protection intermédiaire permet de former, avec la surface extérieure du piston de frappe, un gicleur annulaire adapté pour réduire fortement le débit du fluide incompressible en provenance de la surface de protection convergente, et donc les fluctuations de pression associées. Il en résulte une protection encore améliorée de la lèvre d'étanchéité.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection intermédiaire est disposée entre la surface de protection convergente et la surface de protection divergente.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection intermédiaire s'étend dans le prolongement de la surface de protection convergente.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente s'étend dans le prolongement de la surface de protection intermédiaire. Une telle disposition de la surface de protection divergente permet de transformer la composante purement axiale de la vitesse du fluide incompressible en provenance de la surface de protection intermédiaire en une composante axiale et une composante radiale, et donc de diminuer encore la vitesse d'arrivée du fluide incompressible sur la lèvre d'étanchéité.

Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins l'une parmi les surfaces de protection convergente, intermédiaire et divergente s'étend sensiblement coaxialement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne. De façon avantageuse, les surfaces de protection convergente, intermédiaire et divergente s'étendent sensiblement coaxialement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe comporte une portion d'appui annulaire qui est montée autour de la portion d'étanchéité interne, et qui prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe comporte une portion de maintien annulaire qui est montée autour de la portion de protection annulaire, et qui prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire. Ces dispositions permettent de maintenir l'espace entre le piston de frappe et les différentes surfaces de protection sensiblement constant quelle que soit la pression du fluide incompressible. Il en résulte une protection contre les pics de pression du fluide quasiment indépendante du niveau de pression moyen de ce dernier.

Selon une première alternative de l'invention, la portion de maintien annulaire vient de matière avec la portion d'appui annulaire. En d'autres termes, la portion de maintien annulaire et la portion d'appui annulaire sont réalisées en une seule pièce.

Avantageusement, la portion de maintien annulaire est agencé pour exercer un effort de compression sur la portion de protection annulaire au moins lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide.

De préférence, la portion de maintien est décalée axialement de la portion d'appui annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion d'appui annulaire et la portion de maintien annulaire comportent respectivement une première et une deuxième surface d'appui internes, et la portion d'étanchéité interne et la portion de protection annulaire comportent respectivement une première et une deuxième surfaces d'appui externes agencées pour coopérer respectivement avec les première et deuxième surfaces d'appui internes. Ces dispositions permettent d'augmenter les frottements exercés sur la surface extérieure de la bague d'étanchéité interne, et ainsi de limiter, lors d'une éventuelle rotation du piston de frappe autour de son axe longitudinal, les risques de rotation relative entre la bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe. Il en résulte une diminution des risques d'usure du dispositif d'étanchéité au niveau de l'interface entre la bague d'étanchéité interne et l'élément d'étanchéité externe, et donc des risques de fuite entre le corps de guidage et le piston de frappe.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la gorge d'équilibrage annulaire est ménagée sur la deuxième surface d'appui externe de la portion de protection annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième surface d'appui externe ménagée sur la portion de protection annulaire est sensiblement cylindrique et s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième surface d'appui externe ménagée sur la portion de protection annulaire est concave.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui internes sont sensiblement cylindriques et s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui externes sont sensiblement cylindriques et s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui externes s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague d'étanchéité interne comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein externe annulaire. La présence de tels chanfreins permet de faciliter le montage du dispositif d'étanchéité dans la rainure de retenue annulaire ménagée sur le corps de guidage, et également d'éviter un endommagement de la bague d'étanchéité interne sur les arêtes de la rainure de retenue annulaire, c'est-à-dire les arêtes délimitées par les parois latérales de la rainure de retenue et la paroi intérieure du corps de guidage, qui pourrait nuire à l'étanchéité entre le dispositif d'étanchéité et le piston de frappe. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein externe annulaire s'étend longitudinalement et radialement sur au moins 2/10 ^ème de millimètre.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein externe annulaire présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein interne annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein interne annulaire présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est incliné par rapport à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage s'étend sensiblement parallèlement par rapport à l'axe longitudinal de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague d'étanchéité interne comprend une pluralité de canaux d'équilibrage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la lèvre d'étanchéité comporte une arête d'étanchéité destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection intermédiaire comprend un diamètre interne compris entre une valeur minimale correspondant au diamètre interne de la lèvre d'étanchéité majoré de l/10 ^ème de millimètre et une valeur maximale correspondant au diamètre externe du piston de frappe majoré de 1 millimètre.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre interne de la bague d'étanchéité interne, au niveau de la face d'extrémité de la portion de protection annulaire tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire, est supérieur ou égal au diamètre de l'alésage, au niveau de l'extrémité du premier passage de fluide tournée vers la bague d'étanchéité interne.

En d'autres termes, la hauteur radiale de la bague d'étanchéité interne, au niveau de la face d'extrémité de la portion de protection annulaire opposée à la portion d'étanchéité interne, est supérieure ou égale à la hauteur radiale de l'extrémité du premier passage de fluide tournée vers la bague d'étanchéité interne. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'étanchéité est configuré pour réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide et le deuxième passage de fluide quelles que soient les conditions de fonctionnement de l'appareil hydraulique à percussions, et en particulier aussi bien lorsque la deuxième extrémité de l'au moins canal d'équilibrage est obturée que lorsque la deuxième extrémité de l'au moins canal d'équilibrage est libérée, c'est-à-dire aussi bien lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide que lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'étanchéité est configuré pour empêcher le fluide compressible provenant du deuxième passage de fluide de pénétrer dans le premier passage de fluide lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide. En particulier, le dispositif d'étanchéité est configuré pour empêcher le fluide compressible provenant du deuxième passage de fluide de s'écouler à travers la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire comprend au moins une encoche radiale débouchant dans la face d'extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de protection annulaire comprend au moins une encoche radiale débouchant dans la face d'extrémité de la bague d'étanchéité interne tournée vers la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est débouchant uniquement au niveau de ses première et deuxième extrémités. En d'autres termes, l'au moins un canal d'équilibrage est intégralement ménagé dans la matière de la bague d'étanchéité interne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'équilibrage est globalement tubulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil hydraulique à percussions est configuré de telle sorte que :

- lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la première paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et l'élément d'étanchéité externe est déplacé et/ou déformé dans la configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe obture la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage ;

- lorsque la pression dans le premier passage de fluide est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide, le dispositif d'étanchéité est déplacé au contact de la deuxième paroi latérale de la rainure de retenue annulaire et l'élément d'étanchéité externe est déplacé et/ou déformé dans la configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe libère la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire au premier passage de fluide via l'au moins un canal d'équilibrage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'étanchéité externe est déplaçable axialement entre la configuration d'obturation et la configuration de libération.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité de l'au moins un canal d'équilibrage débouche dans une surface circonférentielle externe de la portion de protection annulaire.

De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet appareil hydraulique à percussions.

Figure 1 est une vue partielle en coupe d'un appareil hydraulique à percussions selon un premier mode de réalisation de l'invention et qui est équipé d'un dispositif d'étanchéité montré dans une configuration de percussion.

Figure 2 est une vue partielle en coupe de l'appareil hydraulique à percussions de la figure 1 montrant le dispositif d'étanchéité dans une configuration d'arrêt de percussion.

Figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif d'étanchéité selon un deuxième mode de réalisation de l'invention et qui est montré dans une configuration de percussion.

Figure 4 est une vue en coupe du dispositif d'étanchéité de la figure 3 dans une configuration d'arrêt de percussion.

Figure 5 est une vue en coupe d'un dispositif d'étanchéité selon un troisième mode de réalisation de l'invention et qui est montré dans une configuration de percussion. Les figures 1 et 2 représentent un appareil hydraulique à percussions 2 équipé d'un corps de guidage 3 comprenant un alésage 4 et une rainure de retenue annulaire 5 débouchant dans l'alésage 4, et d'un piston de frappe 6 de forme cylindrique monté coulissant à l'intérieur de l'alésage 4 selon une direction de déplacement D et agencé pour être entraîné en translation de façon alternative par un fluide incompressible, tel que de l'huile hydraulique.

L'appareil hydraulique à percussions 2 comprend en outre un premier passage de fluide 7 et un deuxième passage de fluide 8 qui sont annulaires et coaxiaux, et qui sont situés de part et d'autre de la rainure de retenue annulaire 5. Chacun des premier et deuxième passages de fluide 7, 8 est délimité entre le corps de guidage 3 et le piston de frappe 6.

Le premier passage de fluide 7 est situé à proximité d'une première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5 et relie fluidiquement la rainure de retenue annulaire 5 à un circuit de fluide incompressible associé au mouvement alternatif du piston de frappe 6, tandis que le deuxième passage de fluide 8 relie fluidiquement la rainure de retenue annulaire 5 à un circuit de fluide compressible et est situé à proximité d'une deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5 qui est opposée à la première paroi latérale 9. Le circuit de fluide compressible peut par exemple être un circuit d'air lubrifié sous pression configuré pour refroidir et/ou lubrifier des organes mécaniques de l'appareil hydraulique à percussions 2.

L'appareil hydraulique à percussions 2 comprend de plus un dispositif d'étanchéité 12 monté dans la rainure de retenue annulaire 5 de manière à réaliser une étanchéité entre le premier passage de fluide 7 et le deuxième passage de fluide 8, et plus particulièrement de manière à empêcher un passage de fluide incompressible du premier passage de fluide 7 vers le deuxième passage de fluide 8, et de manière à empêcher un passage de fluide compressible du deuxième passage de fluide 8 vers le premier passage de fluide 7.

Le dispositif d'étanchéité 12 comprend une bague d'étanchéité interne 13. La bague d'étanchéité interne 13 peut être réalisée en plastique dur, et par exemple à base de PTFE, PEEK, PU. La bague d'étanchéité interne 13 comprend une portion d'étanchéité interne 14 annulaire qui est pourvue d'une lèvre d'étanchéité annulaire 15 destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe 6. Avantageusement, la lèvre d'étanchéité 15 comporte une arête d'étanchéité 16 destinée à coopérer de manière étanche avec la surface extérieure du piston de frappe 6. La bague d'étanchéité interne 13 comprend en outre une portion de protection annulaire 17 décalée axialement par rapport à la portion d'étanchéité interne 14. La bague d'étanchéité interne 13 est conformée de telle sorte que la lèvre d'étanchéité 15 est sensiblement au même niveau ou fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à la portion de protection annulaire 17. Ainsi, la portion de protection annulaire 17 est agencée pour délimiter un passage d'écoulement annulaire P avec le piston de frappe 6 lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activé.

La portion de protection annulaire 17 est délimitée intérieurement au moins en partie par une surface de protection convergente 18, une surface de protection intermédiaire 19 et une surface de protection divergente 20 qui s'étendent sensiblement coaxialement à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13.

La surface de protection convergente 18 s'étend à partir d'une extrémité de la bague d'étanchéité interne 13, et plus particulièrement à partir d'une face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17 opposée à la portion d'étanchéité interne 14. La surface de protection convergente 18 est avantageusement tronconique et converge en direction de la lèvre d'étanchéité 15. La surface de protection convergente 18 présente par exemple un angle au sommet compris entre 2 et 40°. La surface de protection convergente 18 peut par exemple en outre s'étendre longitudinalement sur au moins 20% de la longueur de la bague d'étanchéité interne 13.

La surface de protection intermédiaire 19 s'étend dans le prolongement de la surface de protection convergente 18 en direction de la lèvre d'étanchéité 15. La surface de protection intermédiaire 19 est sensiblement cylindrique, et présente de préférence un diamètre interne compris entre une valeur minimale correspondant au diamètre interne de la lèvre d'étanchéité 15 majoré de l/10 ^ème de millimètre et une valeur maximale correspondant au diamètre externe du piston de frappe 6 majoré de 1 millimètre.

La surface de protection divergente 20 s'étend dans le prolongement de la surface de protection intermédiaire 19. La surface de protection divergente 20 est tronconique et diverge en direction de la lèvre d'étanchéité 15. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente 20 présente une hauteur radiale d'au moins 5/10 ^ème de millimètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de protection divergente 20 présente un angle au sommet inférieur à 140°.

La bague d'étanchéité interne 13 comprend également une gorge annulaire 22 tournée vers le piston de frappe 6, la gorge annulaire 22 étant délimitée par la lèvre d'étanchéité 15 et la surface de protection divergente 20. La gorge annulaire 22 est avantageusement sensiblement coaxiale au piston de frappe 6.

La bague d'étanchéité interne 13 comporte, à chacune de ses extrémités, un chanfrein externe annulaire 23, 24. Chaque chanfrein externe annulaire 23, 24 peut par exemple s'étendre longitudinalement et radialement sur au moins 2/10ème de millimètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein externe annulaire 23, 24 présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13.

Le diamètre interne de la bague d'étanchéité interne 13, au niveau de la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17 opposée à la portion d'étanchéité interne 14, est supérieur ou égal au diamètre de l'alésage 5, au niveau de l'extrémité du premier passage de fluide 7 tournée vers la bague d'étanchéité interne 13. En d'autres termes, la hauteur radiale de la bague d'étanchéité interne 13, au niveau de la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17, est supérieure ou égale à la hauteur radiale de l'extrémité du premier passage de fluide 7 tournée vers la bague d'étanchéité interne 13. Ces dispositions permettent d'éviter que le fluide incompressible en provenance du premier passage de fluide 7 ne vienne heurter frontalement la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17, ce qui endommagerait rapidement la bague d'étanchéité interne 13.

La bague d'étanchéité interne 13 comporte également un canal d'équilibrage 25 ou plusieurs canaux d'équilibrage 25 prévu(s) sur la portion de protection annulaire 17. Le ou chaque canal d'équilibrage 25 comprend une première extrémité débouchant dans la gorge annulaire 22, et plus particulièrement dans la surface de protection divergente 20, et une deuxième extrémité débouchant dans une surface extérieure de la portion de protection annulaire 17. De façon avantageuse, la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est orientée vers la première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5.

Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le ou chaque canal d'équilibrage 25 s'étend sensiblement parallèlement par rapport à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13, et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 débouche dans la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17.

Le dispositif d'étanchéité 2 comprend en outre un élément d'étanchéité externe 26 distinct de la bague d'étanchéité interne 13 et monté autour de la bague d'étanchéité interne 13. L'élément d'étanchéité externe 26 est annulaire et prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire 5. L'élément d'étanchéité externe 26 peut par exemple être réalisé en élastomère.

Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'élément d'étanchéité externe 26 comporte une portion d'appui annulaire 26.1 qui est montée autour de la portion d'étanchéité interne 14 et qui prend appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire 5, et une portion de maintien annulaire 26.2 qui est montée autour de la portion de protection annulaire 17 et qui prend également appui de manière étanche dans le fond de la rainure de retenue annulaire 5. La portion de maintien annulaire 26.2 est ainsi décalée axialement par rapport à la portion d'appui annulaire 26.1.

De façon avantageuse, la portion d'appui annulaire 26.1 est agencée pour exercer un effort de compression sur la portion d'étanchéité interne 14 au moins lorsque la pression dans le premier passage de fluide 7 est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide 8, et la portion de maintien annulaire 26.2 est agencée pour exercer un effort de compression sur la portion de protection annulaire 17 au moins lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7.

La portion d'appui annulaire 26.1 et la portion de maintien annulaire 26.2 comportent respectivement une première et une deuxième surface d'appui internes 27, 28, et la portion d'étanchéité interne 14 et la portion de protection annulaire 17 comportent respectivement une première et une deuxième surfaces d'appui externes 29, 31 agencées pour coopérer respectivement avec les première et deuxième surfaces d'appui internes 27, 28. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la première surface d'appui externe 29 ménagée sur la portion d'étanchéité interne 14 est sensiblement cylindrique et s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13, tandis que la deuxième surface d'appui externe 31 ménagée sur la portion de protection annulaire 17 est concave.

L'appareil hydraulique à percussions 2 est plus particulièrement configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le premier passage de fluide 7 est supérieure à la pression dans le deuxième passage de fluide 8, c'est-à-dire lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activé, la bague d'étanchéité interne 13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont déplacés par la pression du fluide incompressible au contact de la deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5 et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est libérée de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire 22 au premier passage de fluide 7 via le ou chaque canal d'équilibrage 25. En particulier, lorsque la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est libérée, le dispositif d'étanchéité

12 autorise un écoulement de fluide incompressible depuis la gorge annulaire 22 et à travers le ou chaque canal d'équilibrage 25 et une évacuation dudit fluide incompressible à travers la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25. La pression dans la gorge annulaire 22 reste alors proche de la pression du circuit de fluide incompressible qui n'est pas soumis directement aux vibrations radiales du piston de frappe 6.

Ainsi, lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activé, la lèvre d'étanchéité 15 est protégée, par la portion de protection annulaire 17, des pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et la portion de protection annulaire 17 est protégée des pics de pressions engendrés par le mouvement radial potentiel du piston de frappe 6 par le ou chaque canal d'équilibrage 25.

Par conséquent, la présence du ou de chaque canal d'équilibrage 25 permet de maintenir l'efficacité de la portion de protection annulaire 17 contre les pics de pression liés aux mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible, et donc de maintenir la fiabilité du dispositif d'étanchéité 12, y compris en cas de mouvement radial violent du piston de frappe 6.

L'appareil hydraulique à percussions 2 est en outre configuré de telle sorte que, lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7, c'est-à-dire principalement lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est stoppé, la bague d'étanchéité interne

13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont déplacés par la pression du fluide compressible au contact de la première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5 et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est obturée par la première paroi latérale 9.

En outre, du fait que la portion de maintien annulaire 26.2 exerce un effort de compression sur la portion de protection annulaire 17 lorsque la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7, l'intersection de la gorge annulaire 22 avec la surface de protection intermédiaire 19 devient alors une arête d'étanchéité, de telle sorte que la gorge annulaire 22 est isolée fluidiquement du circuit de fluide incompressible, ce qui assure une séparation des circuits de fluide compressible et incompressible même en cas de soulèvement de la lèvre d'étanchéité 15. Les figures 3 et 4 représentent un dispositif d'étanchéité 12 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui diffère du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 essentiellement en ce que le ou chaque canal d'équilibrage 25 est incliné par rapport à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13, et en ce que l'élément d'étanchéité externe 26 est déplaçable axialement entre une configuration d'obturation dans laquelle l'élément d'étanchéité externe 26 obture la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25, et une configuration de libération dans laquelle l'élément d'étanchéité externe 26 libère la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25.

Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 débouche dans une surface circonférentielle externe de la portion de protection annulaire 17, et plus particulièrement dans la deuxième surface d'appui externe 31 de la portion de protection annulaire 17.

En outre, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième surfaces d'appui externes 29, 31 sont sensiblement cylindriques et s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13 et dans le prolongement l'une de l'autre.

Comme montré sur les figures 3 et 4, l'élément d'étanchéité externe 26 peut comporter en outre, à chacune de ses extrémités, un chanfrein interne annulaire 32, 33. Chaque chanfrein interne annulaire 32, 33 peut par exemple s'étendre longitudinalement et radialement sur au moins 2/10 ^ème de millimètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chanfrein interne annulaire 32, 33 présente un angle de chanfrein compris entre 10 et 60° par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal A de la bague d'étanchéité interne 13.

De plus, la portion de protection annulaire 17 peut également comprendre au moins une encoche radiale 34 débouchant dans la face d'extrémité 21 de la bague d'étanchéité interne 13 et au moins une encoche radiale 35 débouchant dans la face d'extrémité 36 de la bague d'étanchéité interne 13 tournée vers la deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5.

En fonctionnement normal de l'appareil hydraulique à percussions 2, lorsque la pression dans le premier passage de fluide 7 est plus importante que la pression dans le deuxième passage de fluide 8, la bague d'étanchéité interne 13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont déplacés par la pression du fluide incompressible au contact de la deuxième paroi latérale 11 de la rainure de retenue annulaire 5 et l'élément d'étanchéité externe 26 libère la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 de manière à relier fluidiquement la gorge annulaire 22 au premier passage de fluide 7 via le ou chaque canal d'équilibrage 25.

Ainsi, les fluctuations de pression axiales, générées par les mouvements alternatifs très rapides du fluide incompressible s'écoulant dans le premier passage de fluide 7, sont atténuées par la surface de protection convergente 18, la surface de protection intermédiaire 19 et la surface de protection divergente 20.

En outre, d'éventuelles surpressions engendrées dans la gorge annulaire 22 par des mouvements radiaux du piston de frappe 6 sont évacuées via le ou chaque canal d'équilibrage 25, de telle sorte que la pression dans la gorge annulaire 22 reste alors proche de la pression du circuit de fluide incompressible.

Compte tenu de la configuration particulière du ou de chaque canal d'équilibrage 25, les fluctuations de pression axiales provenant du premier passage de fluide 7 ne s'écoulent pas directement dans le ou chaque canal d'équilibrage 25, mais s'écoulent préalablement le long de la face d'extrémité 21 de la portion de protection annulaire 17 et de la deuxième surface d'appui externe 31 et sont donc atténuées par la face d'extrémité 21 et la deuxième surface d'appui externe 31. Ces fluctuations de pression axiales sont également atténuées du fait de la configuration inclinée du ou de chaque canal d'équilibrage 25.

Par conséquent, la présence du ou de chaque canal d'équilibrage 25, qui assure une protection contre les vibrations radiales à l'appareil hydraulique à percussions 2, ne nuit pas à la protection contre les vibrations axiales assurée par la surface de protection convergente 18, la surface de protection intermédiaire 19 et la surface de protection divergente 20.

Lorsque l'appareil hydraulique à percussions 2 est au repos, la pression dans le deuxième passage de fluide 8 est supérieure à la pression dans le premier passage de fluide 7, la bague d'étanchéité interne 13 et l'élément d'étanchéité externe 26 sont alors déplacés par la pression du fluide compressible au contact de la première paroi latérale 9 de la rainure de retenue annulaire 5 et la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est obturée par l'élément d'étanchéité externe 26.

Le fluide compressible en provenance du deuxième passage de fluide 8 peut, par fuite de la lèvre d'étanchéité 15, s'écouler dans la gorge annulaire 22. La surface de protection intermédiaire 19 vient alors faire étanchéité sur le piston de frappe 6, car l'élément d'étanchéité externe 26 vient appuyer sur la deuxième surface d'appui externe 31 de la portion de protection annulaire 17 et la fait pivoter vers le piston de frappe 6. La deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 étant obstruée par l'élément d'étanchéité externe 26, le risque de fuite du fluide compressible dans premier passage de fluide 7 est ainsi sensiblement réduit. De plus, bien que la matière de la bague d'étanchéité interne 13 puisse être très dure, l'étanchéité au niveau de la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 est garantie du fait que l'élément d'étanchéité externe 26 est généralement en matériau plus mou que le matériau de la bague d'étanchéité interne 13.

Ainsi, les risques de fuite de fluide via la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 lorsque l'appareil hydraulique à percussions 2 est au repos sont relativement faibles voire nuis.

La figure 5 représente un dispositif d'étanchéité 12 selon un troisième mode de réalisation de l'invention qui diffère du deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 essentiellement en ce que la portion de protection annulaire 17 comporte une gorge d'équilibrage annulaire 37 ménagée une surface extérieure de la portion de protection annulaire 17, et en ce que la deuxième extrémité du ou de chaque canal d'équilibrage 25 débouche dans la gorge d'équilibrage annulaire 37. De façon avantageuse, la gorge d'équilibrage annulaire 37 est sensiblement coaxiale au piston de frappe 6, et est ménagée sur la deuxième surface d'appui externe 31 de la portion de protection annulaire 17.

La présence d'une telle gorge d'équilibrage annulaire 37 facilite l'usinage du ou de chaque canal d'équilibrage 25 ainsi que l'évacuation du fluide incompressible en direction du premier passage de fluide 7 lorsque le mouvement alternatif du piston de frappe 6 est activité et en cas de mouvement radial violent du piston de frappe 6.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet appareil hydraulique à percussions, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.