Brevet FR2033195A1 — publié le 19701204

L'invention concerne un joint servant à assurer l'étant chéité entre deux surfaces en rotation relative pour empocher la fuite de fluide entre elles Un exemple d'un tel joint est un joint d'arbre tournant. Il est bien connu de prévoir des rainures ou filets hé licordaux auprès de la lèvre d'étanchéité dtun joint d'arbre tournant afin d'assurer l'étanchéité.au fluide dans des conditions dynamiques. Ces agencements fonctionnent de façon raisonnablement satisfaisante lorsque la rotation se fait seulement dans un sens, mais ils ont le sérieux inconvénient de produire un passage de fuite pour le fluide lorsque le sens de rotation est inversé. Un des buts de l'invention est de fournir un joint utilisable entre deux surfaces en rotation relative et assurant une étanchéité efficace. L'invention fournie un joint à lèvres pour fluides, destiné à assurer l'étanchéité entre deux surfaces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, comportant une portion formant lèvre d'étanchéité propre à porter contre une surface, et des saillies espacées de place en place autour de ladite portion, sur le cEté de celle-ci qui est destiné à se trouver, en service, à distance du fluide à confiner, chaque saillie étant propre à porter contre la meme surface que ladite portion formant lèvre d'étanchéité, avec une aire de contact telle que ladite saillie produise un pompage de liquide à partir dudit cSté de ladite portion formant lèvre d'étanchéité vers l'autre cSté de celle-ci, quel que soit le sens de rotation relative des surfaces. L'invention fournit aussi un joint à lèvre pour fluides, destiné à assurer l'étanchéité entre deux surfaces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, comportant une portion formant lèvre d'étanchéité propre à porter contre une surface, et des saillies espacées de place en place autour de ladite portion, sur le ctté de celle-ci qui est destiné à se trouver, en service, à distance du fluide à confiner, chaque saillie étant propre à porter contre la méme surface que ladite portion formant lèvre d'étant chéité, avec une aire de contact dont deux cotés opposés, initialement ou après un certain temps d'utilisation, s'écartent de ladite portion formant lèvre et divergent l'un par rapport à autre de sorte que chaque ctté fait un angle aigu avec la partie de ladite portion formant lèvre d'étanchéité qui lui est adjacente, Lorsque le joint est assemblé entre deux pièces en rotation relative, la force appliquée sous la saillie augmente à mesure que la distance axiale à la portion formant lèvre d'étanchéité augmente, L'invention fournit en outre un joint à lèvre pour fluides destiné à assurer lSétanchéité entre deux surfaces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, comportant une portion formant lèvre d'étanchéité propre à porter contre une surface, et des saillies espacées de place en place autour de ladite portion, sur le côté de celle-ci qui est destiné à se trouver, en service, à distance du fluide à confiner, chaque saillie étant propre à porter contre la même surface que ladite portion formant lèvre dtétanchéitë avec une aire de contact dont deux cOtés opposés9 initialement ou après un certain temps d'utilisation, s'écartent de ladite portion formant lèvre sur une distance axiale supérieure à la largeur axiale de l'aire de contact de ladite portion formant lèvre d'étanchéité et divergent l'un par rapport à l'autre de telle sorte que chaque côté fait un angle aigu avec la partie de ladite portion formant lèvre d'étanchéité qui lui est adjacente La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut autre réalisées les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte, faisant bien entendu partie de ladite invention0 La figure 1 est une vue partiellement en coupe dtUn joint d'arbre tournant selon un mode d'exécution de l'invention, monté en relation d'étanchéité avec l'arbre d'une bOte de vitesses d'automobile. La figure 2 est une vue en perspective d'une partie dli joint d'arbre tournant représenté sur la figure lo Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe selon les lignes A-A, B-B et C-C, respectivement, de la figure 2o La figure 6 est une vue développée de l'aire de contact du joint avec arbre, La figure 7 est une vue en coupe d'une partie d'un autre joint d'arbre tournant selon un mode d'exécution de l'invention. La figure 8 est une vue en coupe d'une partie d'un joint de face axial selon un mode d'exécution de l'invention0 La figure 9 est une vue en coupe d'une partie d'un autre joint dc face axial selon un mode d'exécution de l'invention. Sur les figures 1 à 5 des dessins, le joint d'arbre tournant 1 est monté dans un logement 2 formé à une extrémite 'un carter de botte de vitesses DO Un arbre 4 dépasse du carter de botte de vitesses et est pourvu d'un agencement 5 propre à le relier à un dispositif aui doit entre entraîné par l'arbre L'arbre 4 est supporté dans le carter par un palier 60 te joint 1 obture l'espacement entre l'arbre et la paroi du carter qui est parallèle à l'axe de l'arbre, de manière à empêcher les fuites d liquide de la botte de vitesses vers l'extérieur. Si l'on considère plus particulièrement les figures 2 à 5, le joint 1, qui est décrit seulement à titre d'exemple d'un joint selon l'invention, a une structure générale annulaire ; il est avantageusement moulé en forme et est fait de toute matière d'étanchéité appropriée telle que le caoutchouc ou une matière similaire au caoutchouc. il comprend un anneau extérieur de retenue 7 raidi par une bague métallique insérée 8, et une aile flexible intérieure 9. Un ressort annulaire 10 enserre l'aile 9. L'aile flexible intérieure 9 présente deux surfaces li et 12 dont chacune est inclinée d1un certain angle sur l'axe du joint, de façon qu'elles se rencontrent et définissent une lèvre d'étanchéité 13c Comme on peut le voir sur la figure 1, la surface Il est, en service, adjacente au liquide à confiner. La surface 11 se trouve donc du coté '2huile" du joint et la surface 12 du côté "air" du joint. La surface 12 porte une pluralité de parties en saillie espacées autour d'elle, qui se rejoignent pour former une saillie d'un seul tenant 14 avec une paroi latérale 150 Cette paroi latérale 15 est sensiblement parallèle à l'axe du joint, et la distance de cette paroi latérale 5 à l'axe du joint varie cycliquement autour de la surface 12, la distance minimale état égale au rayon de la lèvre 13. Comme on le voit sur les figures 3, 4 et 5, la longueur axiale de la paroi latérale 15 varie d'un maximum à l'endroit de la lèvre 13 à un minimum (qui peut entre mi) à ses points les plus éloignés de la lèvre 15, Quand le joint est adapté dans un logement et porte contre un arbre comme le montre la figure 1, la portée sur l'arbre est un assemblage à arc-boutement. t'aire de contact de la portion formant lèvre d'étanchéité 13 avec l'arbre est mince et continue, et l'aire de contact de la saillie 14 avec l'arbre est eonstituee par un certain nombre d'aires de contact espacées 15 (voir figure 6)o Chacune de ces aires de contact 15 présente deux cOtés opposés qui ssécartent de la portion de lèvre et divergent l'un par rapport à autre, Ainsi, chacun des cOtés opposés fait un angle aigu avec la partie d la portion formant lèvre d'étanchéité qui lui est adjacentes Dans des conditions statiques, la face située sous la saillie sur l'arbore augmente à mesure qu'augmente la distance à la portion formant lèvre d'étanchéité, perpendiculairement à celle-ci, pratiquement jusqu'au bord extérieur de l'aire de contacte En service, tout le fluide qui fuit au delà de la lèvre, vers le côté "air" de celle-ci, est entraîné en rotation par l'arbre. Quand il approche du cOté de l'aire de contact de-la saillie, en raison de la forme de cette aire de contact, le liquide est mis en mouvement vers la lèvre d'étanchéité, s'accumulant en poche de liquide en forme de coin. En raison de la rotation de l'arbre, une pression est engendrée dans la poche de liquide en forme de coin.Cette pression surmonte la pression de contact entre la lèvre 13 et la partie de la saillie qui est adjacente à la lèvre 13e Toutefois, la force appliquée sous la saillie augmente à mesure que la distance axiale à la lèvre 13 augmente et par suite le liquide de fuite subit une action de pompage dynamique et tend à autre refoulé sous la lèvre vers le côté "huile" de celle-ci.La formation de la poche en forme de coin est favorisée par la paroi latéraleFqui converge vers la surface de l'arbre dans la région du côté de l'aire de contact0 Cet effet de pompage dynamique est obtenu quel que soit le sens de rotation d'un arbre à cause des deux côtés divergents opposés de l'aire de contact de surface de la saillie avec l'ar- breO En outre, une étanchéité efficace est assurée mdme quand l'arbre est immobile parce que la coopération de la portion de lèvre d'étanchéité avec l'arbre est continue0 Dans l'utilisation du joint arbre que l'on vient de décrire en regard des dessins, il se produit une circulation continue de liquide sous la portion formant lèvre d'étanchéité et sous une partie notable de chaque saillie en contact avec l'arbre. Non seulement cette circulation de liquide tend à jouer le r1e d' lubrifiant et à empêcher une usure excessive de la portion frmaiit lèvre dté:tanchéite, et d'une partie de la saillie, mais elle tend aussi à refroidir la portion formant lèvre dé- tanchéité et la saillie. L'usure qui se produit tout de même tend à se situer à la portion d'une aire de contact de saillie qui est éloignée de la portion formant lèvre d'étanchéité. Par suite, bien qu'il soit préférable d'avoir une aire initiale de contact de la saillie comme le montre la figure 6, l'aire de contact peut présenter, au début de l'usage d'un joint selon l'invention, des côtés pratiquement parallèles entre eux. Au bout d'un certain temps dSusa- ge, l'usure qui se produit tout de meme a pour effet que l'aire de contact présente une forme similaire à celle que représente la figure 6. le joint représenté sur les figures 1 à 6 présente une lèvre qui porte contre une surface tournante pendant le fonctionnement, et la lèvre d'étanchéité est située à l'intérieur du joint. La figure 7 montre un joint qui tourne avec un arbre 16 pendant le fonctionnement0 Ce joint comprend un anneau intérieur de retenue 17 qui est raidi par une bague métallique insérée 18 et une aile flexible extérieure 19e Un ressort annulaire d'enserrement 20 est associé à l'aile 19. L'aile flexible extérieure 19 présente deux surfaces 21 et 22 dont chacune fait un angle avec l'axe du joint de sorte qu'elles se rencontrent et définissent une lèvre d'étanchéité 23. La surface 22 porte une saillie solidaire 24 avec une paroi latérale 25 qui est senblable à la saillie 14 des figures 2 à 5, si ce n'est que la distance de la paroi latérale 25 à l'axe du joint est maximum à l'endroit de la lèvre 23. La lèvre d'étanchéité 23 et la saillie 14 assurent lSé- tanchéité vis-à-vis d'une surface fixe de logement 26e Le fonctionnement du joint est semblable. à celui qui a été décrit en regard des figures 1 à 60 La figure 8 montre un joint de face axial selon un mode d'exécution de l'invention. Ce joint de face axial 27 de la figure 8 comporte un anneau de retenue 28 aui s'adapte sur un arbre tournant 29 et une aile flexible 30. t'anneau 28 est raidi par deux pièces embouties en forme de rondelles en cuvette 31, 32 entre lesquelles est maintenu un ressort 33.La pièce emboutie 31 est adaptée à arc-boutement sur l'anneau 28 et la pièce emboutie 32 est adaptée à arc-boutement sur le ressort 33o Ce ressort 33 pousse 19aile 30 contre une surface fixe 34 dgun logement0 L'aile flexible 30 présente deux surfaces 35 et 36 qui font un angle entre elles et qui se rencontrent pour former une lèvre d'étanchéité 37. La surface 36 présente une saillie solin re 38 qui est similaire aux saillies 14. et 24 des deux modes dlex.écution décrits précédemment0 La figure 9 montre un joint de face axial selon un autre mode d'exécution de l'invention0 Ce joint 39 comporte un anneau de retenue. 40 qui s'adapte sur la surface 41 d'un logement fixe 42e L'anneau 40 est raidi par deux pièces embouties en forme de rondelles en cuvettes 43, 44 entre lesquelles est maintenu un ressort 45e La pièce emboutie en cuvette 43 est adaptée à arc-boutement sur la surface 41 et la pièce emboutie en cuvette 44 est adaptée à arc-boutement sur le ressort 45e Ce ressort 45 pousse l'aile 46 contre une surface d'un élément tournant 470 L'aile flexible 46 présente deux surfaces 48 et 49 qui font un angle entre elles et se rencontrent en formant une lèvre d'étanchéité 50 La surface 48 présente une saillie solidaire 51. qui est-similaire aux saillies 14, 24 et 38 des trois modes d'ex- cution décrits plus haut, Dans les modes d'exécution de l'invention décrits en regard des dessins, chaque aire de contact 15 est formée par une simple saillie continue de la surface inclinée 12e Une telle saillie continue n'est pas essentielle0 Un certain nombre de saillies une distinctes espacées formant chacune/ou plusieurs aires de contact similaires à une aire de contact 15 pourraient entre formées d'une seule pièce avec la surface inclinée qui, dans l'utilisation du joint, est éloignée du fluide à confiner0 On peut facilement concevoir des joints à lèvre pour fluides selon l'invention de manière à donner une action de pompage optimale ou action de pompage voulue, en choisissant convenablement la longueur (dans une direction perpendiculaire à la portion formant lèvre d'étanchéité) de la surface de contact de la saillie avec un arbre ou autre élément.et/ou en choisissant convenablement les angles de coin0 avec un joint à lèvre à fluides selon l'invention destiné à servir de joint d'arbre, on peut tolérer, entre l'axe de l'arbre et l'axe du logement un degré plus élevé de manque de concentricité qu'antérieurement. un joint selon ltinvention peut outre divisé en deux ou plusieurs parties butant l'une contre l'autre pour forer le joint. REVENDICATIONS Joint à lèvre pour-luides destiné à assurer létanchéi- té entre deux surfaces pouvant tourner l'une par rapport à ltau- tre, comportant une portion formant lèvre d'étanchéité propre à porter contre une surface, caractérise en ce que des saillies sont-espacées de rlace en place autour de la portion formant lèvre d'étanchéité, sur le côté de celle-ci qui est destiné à se trouver, en service, à distance du fluide à confiner, chaque saillie étant propre à porter contre la même surface que ladite portion formant lèvre d'étanchéité, avec une aire de contact telle que les saillies produisent un pompage de liquide à partir dudit c8té de ladite portion formant lèvre d'étanchéité vers l'autre côté de celle-ci, quel que soit le sens de rotation relative des surfaces0 2e Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque saillie est propre à porter contre la surface contre laquelle porte la portion de lèvre d'étanchéité, par une aire de contact dont deux côtés opposés, initialement ou après un certain temps d'utilisation, s'écartent de la portion formant lèvre t divergent l'un par rapport à l'autre 30 Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force appliquée sous la saillie lorsqu'elle porte contre la surface augmente à mesure que la distance axiale à la portion de lèvre d'étanchéité, perpendiculairement à celle-ci, augmente pratiquement jusqu'au bord extérieur de l'aire, 40 Joint selon une quelconque des revendications 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque saillie présente une paroi latérale partant de chaque bord divergent de l'aire de contact, les deux parois latérales divergeant l'une par rapport à l'autre de sorte que chaque paroi latérale fait un angle aigu avec la surface adjacente à la saillie0 50 Joint selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi latérale dsune saillie est réunie de façon continue à la paroi latérale adjacente de la saillie voisine Joint selon une quelconque des revendications 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie de l'aire de contact qui est la plus proche de la livre d'étanchéité est espacée d'une petite distance de celle-ci. 7r J.joç t selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire de contact comprend deux.cStés opposés qui, initialement ou après un certain temps d'utilisation, s'écartent de la portion formant lèvre d'étanchéité, sur une distance qui, nerpendiculairement à cette portion formant lèvre, est supérieure à la largeur de l'aire de contact de la portion de lèvre d'étanchéité, et divergent l'un par rapport à l'autre. 8. Un assemblage de deux pièces tournant l'une par rapport à l'autre et ayant entre elles un joint selon une quelconque des revendications précédentes.