Rainure pour joint torique - Conception - Diamètre de l'entrefer

Qu’est-ce que l’extrusion dans le jeu ?

L’extrusion dans le jeu se produit lorsque la pression de service pousse le matériau élastomère du joint torique dans l’ouverture entre les deux composants. Le joint est alors partiellement poussé dans le jeu, du côté basse pression de la gorge. L’élastomère qui a été pressé dans le jeu ne peut pas reprendre sa forme : il a été endommagé par la surdéformation mécanique. Lors du choc de pression suivant, la partie qui dépasse est davantage endommagée, puis encore plus lors du suivant. Finalement, un morceau d’élastomère se détache, ou le joint perd tellement de matière qu’il n’a plus une force d’étanchéité suffisante.

L’extrusion se reconnaît au dommage caractéristique de nibbling : de petits morceaux d’élastomère effilochés du côté basse pression du joint. Dans les applications statiques, l’extrusion peut aussi rester invisible jusqu’à ce que le joint soit inspecté lors du démontage. Dans les applications dynamiques, l’extrusion est presque toujours visible sous forme de fragments d’élastomère dans le système ou d’une fuite qui s’accélère soudainement après un certain nombre d’heures de fonctionnement.

L’extrusion dans le jeu est irréversible. Le joint doit être remplacé. Mais le jeu qui a provoqué l’extrusion reste exactement aussi grand qu’avant : sans modification de la conception, l’extrusion se reproduira avec le joint suivant.

L’influence de la pression et de la dureté

La largeur de jeu maximale dépend de deux variables : la pression de service et la dureté Shore A du joint torique. Une pression plus élevée exerce davantage de force pour pousser l’élastomère dans le jeu : le jeu maximal admissible devient donc plus petit. Une dureté plus élevée rend l’élastomère plus rigide et moins déformable : le jeu maximal admissible devient donc plus grand.

Cela explique pourquoi des duretés plus élevées sont choisies à des pressions de service plus élevées ou dans des conceptions où le jeu ne peut pas être réduit pour des raisons techniques. Un joint de 90 Shore A tolère toujours un jeu plus grand qu’un joint de 70 Shore A à la même pression. Le compromis est qu’un joint plus dur suit moins bien les petites irrégularités de la surface d’étanchéité et nécessite donc une surface plus lisse pour assurer une bonne étanchéité à basse pression.

Largeur de jeu maximale dans les applications statiques

Les valeurs du tableau ci-dessous sont valables jusqu’à une température maximale de 70 °C. À des températures plus élevées, l’élastomère devient plus souple et la résistance à l’extrusion diminue. Au-dessus de 70 °C, les valeurs doivent être appliquées de manière plus conservatrice ou un joint plus dur doit être choisi.

Pour les matériaux silicone, toutes les valeurs doivent être divisées par deux. Le silicone a une résistance à la traction plus faible que le NBR ou le FKM et extrude donc à des jeux plus larges que ne l’indique le tableau.

Largeur de jeu maximale dans les applications dynamiques

Dans les applications dynamiques, les valeurs maximales de jeu sont plus faibles qu’en statique, à pression et dureté égales. La pression pulsée à chaque course crée une charge cyclique sur le joint du côté du jeu. Cette charge dynamique accélère l’extrusion par rapport à une pression statique constante. Au-dessus de 63 bar, les joints de 70 Shore A ne sont plus admissibles en usage dynamique sans bagues anti-extrusion, quelle que soit la largeur du jeu.

Une pression des deux côtés implique une exigence de jeu différente d’une pression d’un seul côté. En cas de pression des deux côtés, les joints sont sollicités sur les deux flancs de la gorge et des bagues anti-extrusion des deux côtés doivent être envisagées.

Bagues anti-extrusion : la solution en cas de jeux trop importants

Lorsque le jeu entre les composants ne peut pas être réduit pour des raisons de conception, les bagues anti-extrusion sont la solution la plus utilisée. Une bague anti-extrusion est un anneau dur, non élastique, généralement en PTFE, PE ou NBR, placé à côté du joint torique dans la gorge, du côté basse pression. La bague anti-extrusion remplit le jeu et bloque le passage de l’élastomère.

Pression d’un seul côté : une seule bague anti-extrusion du côté basse pression suffit.

Pression des deux côtés ou pression pulsée : des bagues anti-extrusion des deux côtés du joint torique.

Matériau de la bague anti-extrusion : le PTFE offre le plus faible frottement et la meilleure résistance chimique. Le PE est moins cher. Le NBR (forme concave) est utilisé dans les applications où une légère élasticité est souhaitée.

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Mesurer et maîtriser la largeur du jeu

En pratique, la largeur du jeu n’est pas toujours simple à mesurer, surtout dans les assemblages cylindriques où le jeu dépend de l’ajustement entre l’alésage et la tige. Le jeu est la différence entre le diamètre intérieur nominal de l’alésage et le diamètre extérieur de la tige, divisée par deux. Avec un alésage de 50,10 mm et une tige de 49,90 mm, le jeu unilatéral est de 0,10 mm.

Tenez compte lors de la conception du jeu maximal sur toute la plage de tolérance : ce n’est pas l’ajustement nominal qui est déterminant, mais la combinaison du pire cas entre alésage maximal et tige minimale. Lors de la maintenance, vérifiez si le jeu a augmenté à cause de l’usure de la tige ou de l’alésage au-delà de la valeur admissible.

Effet de la température : au-dessus de 70 degrés Celsius

Les valeurs de jeu des tableaux sont valables jusqu’à un maximum de 70 °C. Au-dessus, le module d’élasticité des élastomères diminue : l’élastomère devient plus souple et la résistance à l’extrusion baisse. Cela signifie qu’à température plus élevée, la même pression exerce une force d’extrusion plus importante sur le matériau. Comme règle générale : au-dessus de 70 °C, choisissez une classe de dureté supérieure à celle indiquée par le tableau pour votre plage de pression, ou réduisez encore le jeu. Pour les applications au-dessus de 100 °C, il est conseillé de déterminer les valeurs de jeu en concertation avec un spécialiste technique.