FR3074553A1 - Joint d'etancheite pour vehicule ferroviaire - Google Patents

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FR3074553A1
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Julien GUIDICI
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Saint Gobain Performance Plastics France
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Abstract

Un joint d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre un caisson d'un véhicule ferroviaire et une unité de climatisation surmontant ledit caisson, comprend une partie inférieure de joint (60) munie d'une rainure de réception (62) adaptée pour recevoir une nervure du caisson et une partie supérieure de joint (70) opposée à la partie inférieure de joint dans une direction principale (Z1) et adaptée pour venir en appui étanche contre l'unité de climatisation. Selon l'invention, la dureté de la partie inférieure de joint (60) est supérieure à celle de la partie supérieure de joint (70).

Description

JOINT D'ETANCHEITE POUR VEHICULE FERROVIAIRE
Le présent exposé concerne un joint d'étanchéité pour véhicule ferroviaire, moteur ou remorqué, notamment une voiture ou wagon de train, métro, tramway.
Plus spécifiquement, le présent exposé concerne un joint destiné à réaliser l'étanchéité entre un caisson d'un tel véhicule ferroviaire et une unité de climatisation surmontant ledit caisson.
Un véhicule ferroviaire, destiné au transport de voyageurs ou de marchandises, comprend habituellement un caisson délimité par une enveloppe de tôle, surmonté verticalement d'une ou plusieurs unité(s) de climatisation, fixée(s) au caisson par des moyens mécaniques, à faible distance de l'enveloppe de tôle.
L'espace intercalaire, ménagé entre la face supérieure de l'enveloppe de tôle et la face inférieure de l'unité de climatisation, abrite des conduits de circulation de fluides de climatisation, mais également de nombreux circuits électriques et électroniques du véhicule.
Ces conduits et circuits devant être protégés de la pluie et des intempéries pour éviter les risques électriques et la détérioration des composants, l'espace intercalaire est rendu étanche par des moyens d'étanchéité disposés à sa périphérie.
On a par exemple envisagé de coller ou riveter à la périphérie de l'unité de climatisation, un joint d'étanchéité destiné à venir s'appuyer sur le caisson sous l'effet du poids de l'unité. Il a toutefois été constaté qu'en raison des vibrations importantes du véhicule en utilisation, le joint a tendance à se décoller du caisson, laissant entrer l'eau et la poussière.
Plus récemment, il a été envisagé de fixer le joint non plus sur l'unité de climatisation mais sur le caisson, pourvu, à cet effet, d'une nervure continue en saillie sur sa face supérieure. Les moyens d'étanchéité se présentent dans ce cas sous la forme d'un joint dont la partie supérieure vient en appui étanche contre l'unité de climatisation et dont la partie inférieure, munie d'une rainure adaptée, est destinée à s'engager sur la nervure et à la serrer sous l'effet d'un insert métallique précontraint, surmoulé à l'intérieur du joint. Cette solution permet une fixation efficace mais présente 1' inconvénient d'être compliquée et très coûteuse à mettre en œuvre, du fait de 1' intégration de 1'insert précontraint à l'intérieur du joint.
La présente invention vise à surmonter les inconvénients des solutions antérieures décrites ci-dessus.
Plus précisément, l'invention vise à fournir un joint d'étanchéité pour véhicule de transport ferroviaire, permettant d'assurer une bonne étanchéité de l'espace intercalaire défini entre la ou les unité (s) de climatisation et le caisson du véhicule, mais de fabrication peu coûteuse.
L'invention a ainsi pour objet un joint d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre un caisson d'un véhicule ferroviaire et une unité de climatisation surmontant ledit caisson, ledit joint comportant une partie inférieure de joint munie d'une rainure de réception adaptée pour recevoir une nervure du caisson et une partie supérieure de joint opposée à la partie inférieure de joint dans une direction principale, ladite partie supérieure étant adaptée pour venir en appui étanche contre l'unité de climatisation, le joint étant caractérisé en ce que la dureté de la partie inférieure de joint est supérieure à celle de la partie supérieure de joint.
Le joint selon l'invention est un joint présentant au moins deux duretés différentes (bi-dureté): Sa partie inférieure, orientée vers le caisson, est suffisamment rigide pour permettre une fixation solide à la nervure du caisson, en particulier lors du montage ou en cas de maintenance, lorsque l'unité de climatisation n' est pas encore en place ou est temporairement retirée. Sa partie supérieure, elle, est plus souple pour garantir une bonne étanchéité avec l'unité de climatisation.
Un tel joint-bi-dureté peut notamment être obtenu par coextrusion de deux élastomères de duretés différentes, par exemple des silicones.
Les duretés des parties inférieure et supérieure de joint sont typiquement exprimées en duretés shore A mesurées selon la norme ISO 7619-1:2010.
Selon un exemple, la partie supérieure de joint a une dureté shore A comprise entre 25 et 65, de préférence entre 55 et 65.
Selon un exemple, la partie inférieure de joint a une dureté shore A comprise entre 65 et 95, de préférence entre 75 et 85.
Selon un exemple, la différence de dureté shore A entre la partie inférieure et la partie supérieure de joint est d'au moins 10, de préférence d'au moins 15, de préférence d'au moins 20.
Selon un exemple, le joint est équipé de moyens de retenue faisant saillie à l'intérieur de la rainure de réception. Ces moyens de retenue assurent un serrage efficace de la nervure, empêchant son désengagement. Ces moyens de retenue comprennent par exemple au moins une languette ou dent, de préférence une pluralité de languettes ou dents, orientée (s) vers le fond de la rainure de réception, s'opposant ainsi à un déplacement de la nervure dans la direction opposée.
Selon un exemple, la partie supérieure de joint comprend au moins une lèvre d'étanchéité à son extrémité destinée à venir en contact avec l'unité de climatisation. La au moins une lèvre d'étanchéité est serrée contre l'unité de climatisation, par son élasticité propre. De préférence, la partie supérieure de joint comprend à son extrémité deux lèvres d'étanchéité orientées dans des sens différents, et destinées à venir en contact avec l'unité de climatisation.
Selon un exemple, la partie supérieure de joint comprend une partie élastique adaptée pour se déformer élastiquement dans la direction principale. Avantageusement, cette partie élastique forme une partie intermédiaire entre la partie inférieure de joint et l'extrémité (comprenant le cas échéant la ou les lèvres d'étanchéité) destinée à créer le contact étanche avec l'unité de climatisation.
La partie élastique est par exemple une structure alvéolaire. Une telle structure alvéolaire comprend de préférence au moins une alvéole formant soufflet, définissant une cavité fermée délimitée par des parois latérales en V ou U.
La structure alvéolaire comprend, de préférence, au moins deux alvéoles juxtaposées dans la direction principale.
L'invention concerne également un véhicule ferroviaire, moteur ou remorqué, comprenant un caisson et au moins une unité de climatisation surmontant ledit carsson dans une direction verticale, le caisson comprenant au morns une nervure continue située en regard de l'unité de climatisation dans la direction verticale, et le véhicule ferroviaire comprenant entre outre au moins un joint d'étanchéité tel que défini précédemment entre ledit caisson et ladite unité de climatisation avec sa direction principale parallèle à la direction verticale, la rainure de la partie inférieure de joint recevant la nervure du caisson, et la partie supérieure de joint étant en appui étanche contre l'unité de climatisation.
Plusieurs exemples de réalisation sont décrits dans le présent exposé. Sauf précision contraire, les caractéristiques décrites en relation avec un exemple de réalisation quelconque peuvent être appliquées à un autre exemple de réalisation.
L'invention dans ses détails sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention. Dans le cadre de la présente invention, d'autres modes de réalisation sont bien entendu possibles, la description qui suit étant uniquement fournie à titre d'illustration et ne devant être considérée comme limitative sous aucun de ses aspects décrits.
La figure 1 est une section transversale schématique d'un véhicule ferroviaire selon 1'invention ;
La figure 2 est une vue de dessus, en perspective, du
caisson de la figure 1 ( les éléments surmontant le caisson
étant omis) r
La figure 3 est une vue agrandie du détail III de la
figure 1 ;
La figure 4 est une vue de détail du joint de la figure 1,
à l'état non comprimé ;
La figure 5 montre le joint de la figure 4 dans son état de compression maximale.
La figure 1 illustre une section transversale d'un wagon 10 de train selon la présente invention.
Le wagon 10 comprend :
un caisson 20 destiné à abriter des voyageurs ou des marchandises, comprenant une enveloppe principale 24 généralement faite de tôle, montée sur une pluralité de roues 22 adaptées pour coopérer avec les rails d'une voie ferrée (non représentée), et au moins une unité de climatisation 30 disposée au-dessus du caisson 20 dans la direction verticale Z du wagon, et fixée au caisson 20 par des moyens mécaniques connus en soi (non représentés).
La direction verticale Z du wagon, généralement orthogonale à la face supérieure 24a de l'enveloppe 24 ou encore au plan de contact P des roues 22, correspond généralement, en pratique, à la direction de la pesanteur.
Une direction horizontale est orthogonale à cette direction verticale Z.
L'unité de climatisation 30 présente habituellement un carter métallique de forme sensiblement parallélépipédique de dimensions horizontales inférieures à celles du caisson 20, typiquement 2m * 4 à 5m.
Un espace intercalaire 40 est formé verticalement entre l'unité de climatisation 30 et le caisson 20.
Comme expliqué précédemment, cet espace intercalaire 40 abrite des conduits de circulation de fluides de climatisation 42 et/ou des circuits électriques 44 et/ou des circuits électroniques 46, qui doivent être protégés des agressions extérieures (air, eau, poussière).
L'espace intercalaire 40 est donc rendu étanche par des moyens d'étanchéité décrit ci-après.
Comme illustré sur la figure 1, l'enveloppe principale 24 du caisson 20 porte, sur sa face supérieure (toit) 24a, au moins une nervure 26 continue et refermée sur elle-même illustrée plus en détail sur la figure 2.
La nervure 26, qui délimite l'étendue horizontale de l'espace intercalaire 40, fait face sur toute sa longueur à la face inférieure 30b de l'unité de climatisation 30, dans la direction verticale Z.
La nervure 26 s'étend verticalement (et orthogonalement à la face supérieure 24a de l'enveloppe 24) . Elle se présente sous la forme d'un ruban, notamment en acier, par exemple soudé à la face supérieure 24a de l'enveloppe 24, d'épaisseur il constante
comprise entre 2 et 6 mm, de préférence entre 2 et 4 mm, et de
hauteur hl (mesurée verticalement) typiquement comprise entre 10
et 30 mm •
La nervure 26 forme typiquement un cadre rectangulaire, aux
angles de préférence légèrement arrondis, de dimensions horizontales généralement sensiblement égales à celles de l'unité de climatisation. De préférence, la nervure est décalée horizontalement d'une distance d, par exemple de plusieurs centimètres, par rapport aux bords latéraux de l'unité de climatisation.
Les moyens assurant l'étanchéité entre le caisson 20 et l'unité de climatisation 30 comprennent un joint 50 continu et refermé sur lui-même, destiné à coopérer avec cette nervure 26.
Le joint d'étanchéité 50, illustré plus en détail sur la figure 3, se compose d'une partie inférieure de joint 60 destinée à sa fixation sur le caisson 20, et d'une partie supérieure de joint 70 destinée à réaliser l'étanchéité avec l'unité de climatisation 30, ladite partie supérieure 70 étant opposée à la partie inférieure de joint 60 dans une direction dite direction principale de joint Zl.
En pratique, après montage, cette direction principale de joint Zl est parallèle à la direction verticale Z du wagon 10 et donc, généralement, à la direction de la pesanteur.
On définit, en tout point du joint 50, une direction longitudinale Y1 s'étendant dans la direction de la longueur du joint, orthogonalement à la direction principale Zl.
Sauf indication contraire, les longueurs mentionnées ci-après sont mesurées dans cette direction longitudinale.
On définit enfin une direction latérale XI, orthogonale aux directions principale Zl et longitudinale Y1 précitées. Sauf indication contraire, les largeurs définies ci-après sont mesurées dans cette direction latérale.
Selon 1' invention, la partie inférieure 60 et la partie supérieure 70 de joint présentent des duretés différentes. La partie supérieure 70 est plus flexible, pour assurer une bonne étanchéité. La partie inférieure 60 est plus rigide, pour garantir une fixation solide sur le caisson, résistante aux vibrations et aux chocs, et garantie même en cas de retrait de l'unité de climatisation 30 dans le cadre d'opérations de maintenance.
Le joint 50 est par exemple obtenu par coextrusion de deux matériaux élastomères différents, un pour chaque partie inférieure ou supérieure du joint.
Le matériau constituant la partie supérieure de joint 70 présente avantageusement une dureté shore A comprise entre 25 et 65, de préférence entre 55 et 65, encore plus préférentiellement 60, et le matériau constituant la partie inférieure de joint 60, une dureté shore A comprise entre 65 et 95, de préférence comprise entre 75 et 85, encore plus préférentiellement 80. On rappelle que la dureté shore A est mesurée selon la norme ISO 7619-1:2010.
La différence de dureté shore A entre la partie inférieure 60 et la partie supérieure 70 de joint est de préférence d'au moins 10, de préférence d'au moins 15, de préférence d'au moins 20.
Comme illustré sur la figure 3, la partie inférieure de joint 60 a par exemple une largeur minimale 12 comprise entre 10 et 20 mm, et une hauteur h2 typiquement comprise entre 12 et 20 mm.
Elle présente globalement un profil en U inversé comprenant deux branches latérales 66a, 66b et une base 66c, délimitant une rainure 62 débouchant sur sa face inférieure 60b, la rainure 62 étant délimitée par deux parois latérales en regard 62a, 62b, et un fond 62c reliant lesdites parois latérales.
La largeur 13 de la rainure 62 à son extrémité débouchante est par exemple comprise entre 2 et 6mm.
A noter que les parois latérales 62a, 62b peuvent être parallèles comme dans l'exemple illustré, ou non. Selon un autre exemple, la rainure peut notamment s'évaser en direction du fond 62c.
La profondeur h3 de la rainure 62, mesurée dans la direction principale ZI entre l'extrémité de la partie inférieure de joint 60 où elle est débouchante jusqu'au fond 62c, est typiquement comprise entre 10 et 20 mm.
La partie inférieure de joint 60 est engagée, par cette rainure 62 dite rainure de réception, sur la nervure 26 du caisson
20. En pratique, après montage, l'extrémité distale de la nervure 2 6 est en butée contre le fond 62c de la rainure 62, comme illustré sur la figure 3.
A minima, la nervure 62 est retenue par l'adhérence avec les parois de la rainure 62. Toutefois, de façon préférentielle, les largeurs respectives de la nervure 2 6 et de la rainure 62 sont choisies pour réaliser un effet de pincement de la nervure 26. En pratique, la largeur 13 de la rainure 62 est alors choisie inférieure à la largeur de la nervure 26, au moins à son extrémité débouchante. Comme expliqué précédemment, la rainure 62 peut alors présenter soit une largeur constante sur toute son étendue dans la direction principale Zl, soit une largeur variable, généralement supérieure ou égale à la valeur minimale mesurée à 1'extrémité débouchante. En conséquence, les deux branches 66a, 66b sont écartées lors du montage sur la nervure 26, et du fait de l'élasticité du matériau, forment ladite pince qui vient appliquer un effort de pincement latéral sur la nervure 26.
Du fait de sa dureté, la partie inférieure de joint 60 permet de serrer, de retenir fermement la nervure 26, et d'éviter le détachement du joint 50 en cas de fortes sollicitations, ou lorsque l'unité de climatisation n'est pas en place, par exemple au montage ou lors d'opérations de maintenance. Une telle liaison doit typiquement résister à une force d'arrachement d'au moins 30 N.
Selon une disposition avantageuse de l'invention illustrée sur la figure 4, des moyens de retenue supplémentaires, augmentant la résistance à l'arrachement du joint 50, font saillie à l'intérieur de la rainure de réception 62.
Ces moyens de retenue peuvent se présenter sous la forme d'une ou plusieurs languette(s) 64 continues sur toute la longueur du joint 50, formées sur une ou les deux face (s) latérale (s) 62a, 62b de la rainure 62, et orientées ici vers le fond 62c. Lors d'une sollicitation en traction, le joint 50 et la nervure 26 sont empêchés de se désengager du fait des languettes 64, qui, suffisamment rigides, ne se déforment pas et retiennent la nervure 26.
Dans l'exemple illustré, les languettes 64 sont situées en regard l'une de l'autre dans la direction latérale XI. Comme alternative, elles peuvent aussi être décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction principale Zl.
Comme alternative, les moyens de retenue peuvent se présenter sous la forme de dents localisées, orientées, de préférence, vers le fond de la rainure.
Les moyens de retenue peuvent aussi être formés d'une combinaison de languettes et dents, ou de tout autre moyen adapté à empêcher le désengagement de la nervure 26 et du joint 50, dans la direction principale Zl.
La partie supérieure de joint 70 est destinée à reprendre les efforts liés aux chocs et aux vibrations du wagon 10, tout en assurant un appui étanche sur l'unité de climatisation 30, continu sur toute la longueur du joint 50.
La partie supérieure de joint 70 est adaptée pour se déformer dans la direction verticale Z en cas de chocs ou de vibrations du wagon 10. Elle forme pour ainsi dire un ressort, comprimé en permanence, rappelé contre l'unité de climatisation 30 par son élasticité propre.
Selon un exemple de réalisation, la partie supérieure de joint 7 0 comprend au voisinage de la partie inférieure 60, une partie élastique alvéolaire 80.
Dans l'exemple illustré sur la figure 4, la structure alvéolaire 80 présente une forme d'accordéon. Elle est formée par deux alvéoles 82a, 82b, définissant chacune une cavité fermée 84a, 84b, délimitée latéralement par des parois déformables 86a, 88a ; 86b, 88b à section en V ou en U. Chaque alvéole forme un soufflet, adapté pour se comprimer ou s'étendre dans la direction principale Zl, et absorber ainsi les vibrations du wagon en fonctionnement. Une telle structure alvéolaire présente une compressibilité optimale dans la direction principale Zl avec un élargissement restreint dans la direction latérale XI.
La figure 5 illustre le joint 50 de la figure 4 dans son état de compression maximale. Le joint n'est que très légèrement élargi, et n'empiète donc que très modérément sur le volume intérieur de l'espace intercalaire 40.
La partie supérieure de joint 70 comporte en outre, surmontant la partie élastique 80, une partie d'extrémité supérieure 90 formée ici par deux lèvres d'étanchéité 92, 94 orientées dans des sens opposés, et destinées à former un contact étanche avec la face inférieure 30b de l'unité de climatisation 30 .
Comme variante, la partie supérieure de joint peut comporter un nombre de lèvres différent de deux, par exemple une seule lèvre ou une pluralité de lèvres orientées dans le même sens ou dans des sens opposés, ou encore tout autre élément adapté pour réaliser l'étanchéité avec l'unité de climatisation.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Joint d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre un caisson d'un véhicule ferroviaire (10) et une unité de climatisation (30) surmontant ledit caisson, ledit joint (50) comportant une partie inférieure de joint (60) munie d'une rainure de réception (62) adaptée pour recevoir une nervure du caisson et une partie supérieure de joint (70) opposée à la partie inférieure de joint dans une direction principale (Zl) et adaptée pour venir en appui étanche contre l'unité de climatisation (30), le joint étant caractérisé en ce que la dureté de la partie inférieure de joint (60) est supérieure à celle de la partie supérieure de joint (70) .
  2. 2. Joint (50) selon la revendication 1, dans lequel la partie supérieure de joint (70) a une dureté shore A comprise entre 25 et 65, de préférence entre 55 et 65.
  3. 3. Joint (50) selon la revendication. 1 ou 2, dans lequel la partie inférieure de joint (60) a une dureté shore A comprise entre 65 et 95, de préférence entre 75 et 85.
  4. 4. Joint (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à
    3, dans lequel la différence de dureté shore A entre la partie inférieure (60) et la partie supérieure (70) de joint est d'au moins 10, de préférence d'au moins 15, de préférence d'au moins 20.
  5. 5. Joint (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à
    4, dans lequel le joint (50) est équipé de moyens de retenue (64) faisant saillie à l'intérieur de la rainure de réception (62).
  6. 6. Joint (50) selon la revendication 5, dans lequel les moyens de retenue (64) comprennent au moins une languette ou dent orientée vers le fond de la rainure de réception (62).
  7. 7. Joint (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à
    6, dans lequel la partie supérieure de joint (70) comprend au moins une lèvre d'étanchéité (92, 94) à son extrémité destinée à venir en contact avec l'unité de climatisation (30).
  8. 8. Joint (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à
    7, dans lequel la partie supérieure de joint (70) comprend une structure alvéolaire élastique (80) adaptée pour se déformer élastiquement dans la direction principale (Zl).
  9. 9. Joint (50) selon la revendication 8, dans lequel la structure alvéolaire élastique (80) comprend au moins une alvéole (82a, 82b) formant soufflet, définissant une cavité fermée (84a, 84b) délimitée par des parois latérales (86 a, 88a ; 86b, 88b) en V ou U.
  10. 10. Joint (50) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la structure alvéolaire (80) comprend au moins deux alvéoles (82a, 82b) juxtaposées dans la direction principale (Zl).
  11. 11. Véhicule ferroviaire (10), moteur ou remorqué, comprenant un caisson (20) et au moins une unité de climatisation (30) surmontant ledit caisson dans une direction verticale (Z) , le caisson (20)comprenant au moins une nervure (26) continue située en regard de l'unité de climatisation (30) dans la direction verticale (Z) , et le véhicule ferroviaire comprenant entre outre au moins un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 entre ledit caisson (20) et ladite unité de climatisation (30) avec sa direction principale (Zl) parallèle à la direction verticale (Z), la rainure de la partie inférieure de joint (60) recevant la nervure (26) du caisson (20) , et la partie supérieure de joint (70) étant en appui étanche contre l'unité de climatisation (30) .
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