Le joint hydraulique : formes et matériaux pour l'étanchéité
Un joint hydraulique est une pièce ayant souvent l'aspect d'une rondelle, qui permet de réaliser l'étanchéité entre 2 autres pièces. C'est un produit courant que l'on retrouve dans de nombreuses applications. Il est principalement utilisé dans les vérins hydrauliques qui se trouvent sur les pelleteuses, les tractopelles, les bulldozers et autres appareils de levage équipés de vérins. Les joints hydrauliques sont utilisés dans tous les milieux : Agriculture, Engins de TP, Maritime (porte d'entrée des voitures ou cargaisons), milieux médicaux …etc.
Les conditions d'utilisation et les produits en contact déterminent la matière plastique utilisée pour sa fabrication. Pour déterminer la bonne matière d'un joint hydraulique, il faut connaitre :
- Le type de fluide en contact
- Si l'étanchéité est statique ou dynamique
- La température de ce fluide
- La pression de service du système à étancher
- La pression maximale que peut atteindre le système
- Les normes entourant l'utilisation du système
Les matières les plus courantes sont NBR, FPM, EPDM, SILICONE, POLYURETHANE dans des duretés allant du 60 shores A ou 100 shores A.
Le plus courant et le plus connu est le joint torique (O-ring). Sinon, on peut différencier plusieurs familles :
- Joints de piston
- Joints de tige
- Joints racleurs
- Joints plats ( Flat seal)
Les sociétés spécialisées dans la fabrication et la vente de joints d'étanchéité sont peu nombreuses en France. Souvent, ces sociétés proposent des produits complémentaires, comme des bagues de guidages, des coussinets, des bagues anti-extrusion voire même des rotules.
Quelques exemples de joints
Voici quelques exemples de joints hydrauliques standard qui se montent dans des vérins :
- Joint à lèvres symétriques : il se monte en tige ou en piston. Selon sa matière, il résiste à des pressions allant de 100 bars à 400 bars.
- Joint racleur à cage métallique : C'est le plus courant des racleurs. Sa fonction est d'empêcher les impuretés extérieures d'entrer dans les chambres du vérin.
- Joint torique : C'est le moins cher de tous. Il est principalement utilisé pour étanchéité statique.
- Joint de piston double effet : composé de 3 ou 5 parties, il assure l'étanchéité entre les 2 chambres du vérin ainsi que le guidage du piston.
Le joint torique en élastomère
Le joint torique est utilisé dans de nombreuses applications . C'est le joint le plus utilisé pour réaliser une étanchéité. On en trouve dans les engins de travaux publics avec les vérins hydrauliques, dans les seringues, dans certains briquets,
le joint torique est une pièce en élastomère de forme circulaire. Il est utilisé pour réaliser des étanchéités statiques essentiellement. La désignation est exprimée par le Diamètre intérieur x Diamètres de Tore .
Les élastomères (les matières)
– Le nitrile ( NBR ) est l'élastomère le plus courant. Il est utilisé essentiellement dans les étanchéités avec de l'huile hydraulique. Plage de température : -30 + 100 °C pour une bonne utilisation.
– Le FPM est l'élastomère le plus cher. Il est utilisé pour les hautes températures. Plage de température : -40 + 200 °C pour une bonne utilisation.
– L' EPDM est utilisé pour les applications extérieures. Cet élastomère résiste très bien aux UV.
Joints à lèvres pour tige et piston de vérins
Le joint à lèvres est un joint en élastomère ou polyuréthane qui réalise une étanchéité en simple effet. Selon le montage, le profil du joint à lèvres sera différent (symétriques ou décalées). On trouve 3 types de profil : Joint à lèvres symétriques, à lèvres pour piston (la lèvre extérieure est légèrement plus courte) et pour tige (la lèvre intérieure est plus courte).
Les matières courantes sont le polyuréthane, le nitrile, le FPM, l'EPDM. Selon le matériau utilisé, le joint à lèvres résiste a des pressions différentes :
- Polyuréthane : < 400 bars
- Nitrile, FPM et EPDM : < 250 bars
On utilise le Nitrile (NBR) pour des applications pneumatiques, le FPM lorsque la température de fonctionnement dépasse les 100°C, l'EPDM lorsque le joint est soumis aux UV ou à certains liquides de frein.
Pour améliorer la limite de pression, on peut baisser le jeu d'extrusion ou rajouter une bague anti-extrusion en matière acétal (pour les températures inférieures à 100°C) ou en matière PTFE (pour les températures inférieures à 200°C).
Les joints de vérins : schéma de fonctionnement
Il existe 3 familles de joints de vérins :
- Les joints de tige
- Les joints de piston
- Les joints racleurs
Représentation d'un vérin avec les joints
Il y a de nombreuses solutions pour réaliser l'étanchéité d'un vérin. Celle présentée ci-dessus en est une parmi tant d'autres.
- Joint torique
- Joint de piston
- Bague de guidage
- Joint U de tige
- Joint racleur
Les fonctions des joints de vérins
Joint torique :
Étanchéité statique en général, mais peut-être utilisée en dynamique, le joint torique est le joint le plus courant dans l'étanchéité.
Joint de piston :
Dans le schéma ci-dessus, le joint est composé de 4 parties. Ce type de joints a un double avantage; le joint est compact, permet une étanchéité a double effet et réalise le guidage du piston dans le cylindre.
Bague de guidage :
Cette bague permet de guider la tige. On peut trouver des montages avec 1, 2 voir 3 guidages montés côte à côte.
Joint U :
Ce joint réalise l'étanchéité au niveau de la tête du vérin ou du piston. Il est aussi appelé joint à lèvres.
Joint racleur :
Ce joint empêche la pollution extérieure de rentrer dans le vérin. Le terme de « pollution » exprime par exemple le sable, la terre, les cailloux pour les vérins d'engins. T.P. .
Le coût
Les joints de vérins ont un coût de 2 à 5 % de la valeur du vérin. Nous vous conseillons de changer systématiquement les joints lorsqu'un vérin est démonté même s'ils paraissent être en bon état.
Bague d'étanchéité ou joint SPI
Le joint SPI est une bague d'étanchéité composée d'une armature métallique enrobée de caoutchouc. Les caoutchoucs utilisés sont généralement le nitrile, le FPM. Le joint SPI est couramment utilisé dans les boites de vitesse, les pompes, les fourches de moto …
Caractéristiques d'un joint SPI
Il existe plusieurs caractéristiques pour identifier correctement une bague d'étanchéité. Il faut prendre en compte l'environnement, le type d'application et le type d'étanchéité à réaliser :
- Simple ou double lèvres : pour une étanchéité simple (Le fluide uniquement) ou double effet (fluide + pollution extérieure).
- Pression > 1 à un bar : Lorsqu'il faut réaliser une étanchéité dont la pression est supérieure à 1 bar, il faut monter une bague d'étanchéité spécifique. En dessous de 1 bar, c'est le standard.
- Température : La température du milieu ambiant détermine la matière. Le Nitrile résiste à une température maxi de 100°C et le FPM résiste à un maximum de 140°C.
- Rotation ou linéaire : Si l'étanchéité à réaliser se trouve sur un arbre tournant, c'est un joint spécifique à utiliser.
Les autres matières qui existent : Il existe également des joints SPI en silicone, EPDM, PTFE vierge, polyuréthane