Brevet FR2028218A1 — publié le 19701009

Bans le présent exposé, l'appellation "joints d'étan-chéité annulaires axiaux" doit s'entendre comme désignant les joints détanchéité annulaires interposés entre une chambre contenant tin liquide et une chambre n'en contenant pas, par exemple 5 entre une chambre contenant de l'huile et une chambre dans laquelle cette huile ne doit pas pénétrer, un joint d'étanchéité annulaire étant prévu pour empêcher le passage dudit liquide d'une chambre dans l'autre sous l'action d'une pression exercée dans une direction parallèle à l'axe d'un arbre en rotation par 10 . rapport à un organe qui l'entoure. Les joints d'étanchéité annulaires de ce type sont particulièrement utilisés dans divers genres de machines tournantes dont les paliers sont remplis d'une huile qui ne doit pas pouvoir fuir hors de ces paliers. Les joints de ce type peuvent être interposés soit entre un arbre et 15 un moyeu fixe, soit entre un moyeu tournant et tin arbre fixe, soit même entre un arbre et un moyeu tournant tous deux. Les joints annulaires du type décrit se présentent souvent sous la forme d'une coupelle dans laquelle est logé le joint d'étanchéité proprement dit, ce joint étant de forme annu-20 laire et fait en une matière élastomère, caoutchouc, matière plastique ou similaire. Le joint d'étanchéité de l'invention est caractérisé en ce qu'il agit dans un plan du fait qu'il comporte une lèvre dont le bord est en contact avec une surface d'appui plane et perpendiculaire à un axe de rotation. Le principe du 25 joint de l'invention est qu'il forme un contact étanche entre ladite surface plane et le bord de sa lèvre d'étanchéité. Le joint d'étanchéité de l'invention peut être soit fixé sur un arbre et faire joint étanche avec ladite surface plane qui est alors portée par un moyeu, soit sur un moyeu et faire joint 30 étanche avec une surface plane portée par un arbre. Une pression de direction axiale doit être appliquée sur la lèvre du joint pour la maintenir en contact sous pression avec ladite surface d'appui plane et perpendiculaire à l'axe de rotation. Il est évident que le bord de la lèvre qui assure 35 l'étanchéité du joint s'use progressivement du fait du mouvement relatif de ce bord et de sa surface d'appui. Du fait de cette usure, pratiquement tous les élastomères, sans peut-être aucune exception, se dégradent sur leur surface de contact qui devient 70 01014 2 2028218 irrégulière et ne peut plus assurer correctement l'étanchéité désirée. L'ampleur de l'usure de cette lèvre est fonction de la pression qui lui est appliquée, et, par conséquent, la tendance générale est de réduire cette pression autant que possible sans 5 toutefois, évidemment, qu'elle soit inférieure à celle qui est nécessaire pour assurer l'étanchéité du joint« Par suite, il importe, en vue de permettre au joint d'assurer l'étanchéité désirée, de maintenir sur ce joint une pression minimale, et, en vue d'éviter une usure inutile, de veiller à ne pas trop dé-10 passer cette pression minimale» L'écart entre le minimum et le maximum acceptable de cette pression doit être tenu aussi réduit que possible. Lorsque, après usure, un joint d'étanchéité du type décrit doit être remplacé, il est difficile de régler la posi-15 tion sur l'arbre du joint de remplacement de façon que la pression d'étanchéité requise soit obtenue» En général, il est en fait impossible de voir le joint d'étanchéité lorsqu'il est monté sur son arbre, et encore moins de mesurer la pression qu'il exerce sur sa surface d'appui# 20 En vue d'obtenir une pression correcte du joint sur sa surface d'appui, il a été proposé antérieurement de relier le moyeu et la lèvre du joint par un soufflet, faisant partie intégrante du joint et fait en une matière élastomère, et il a été aussi proposé que ce soufflet, qui peut en général se présen-25 ter sous la forme d'un pas de vis, soit muni intérieurement d'un ressort en métal ou autre matière élastique, toutefois, aucune de ces solutions ne s'est répandue en raison des deux inconvénients qu'elles présentent. Premièrement, un soufflet du type décrit exige pour 30 son montage sur l'arbre un espace en direction axiale, espace qui n'est en général pas disponible, mais qui, en tous cas, nécessite l'augmentation de la longueur de l'arbre et, par suite, de sa rigidité, ce qui est encore plus difficile à réaliser» Deuxièmement, un tel soufflet assure certes une 35 constance pratiquement parfaite de la pression de contact entre la lèvre d'étanchéité et sa surface d'appui, mais cette pression est nécessairement élevée et dépasse largement la pression minimale requise pour obtenir l'étanchéité désirée, ce qui a pour 70 01014 3 2028218 effet d'augmenter par trop l'usure du joint. Les plis des soufflets dont il est question ci-dessus ont tous le même diamètre et leurs déplacements realtifs s'effectuent en succession et en direction axiale® Ces soufflets pour-5 raient être désignés "soufflets cylindriques"o La présente invention est basée au contraire sur l'emploi de "soufflets plans", c'est-à-dire de soufflets sont les plis se déplacent dans les deux sens sur l'un et l'autre côté d'une surface plane sensiblement perpendiculaire à l'arbre et dont le diamètre augmente 10 successivement d'un pli à l'autre® Il n'est évidemment pas nécessaire que tous ces plis aient constamment leurs têtes et leurs creux exactement dans les mêmes plans et, selon l'invention, de petits déplacements en direction axiale peuvent se produire entre les plis d'un même soufflet. 15 La présente invention a donc pour objet un joint d'étanchéité annulaire et axial dont la partie principale est constituée par toi anneau en matière élastomère porteur d'une lèvre d'étanchéité, cette lèvre faisant partie intégrahte du joint et étant en contact, sous l'effet d'une pression de direction 20 axiale, avec une surface d'appui sensiblement perpendiculaire à un axe de rotation» Selon l'invention, le raccordement entre cette lèvre et l'anneau élastomère est constitué par un "soufflet plan" du type décrit. 25 La description qui va suivre, et le dessin annexé donné surtout à titre d'exemple non limitatif, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réaliséeo Sur le dessin annexé, la figure unique représente en demi-coupe axiale le joint de l'invention et sa coupelle en 30 position contre une surface plane d*appui« Sur le dessin annexé, la coupelle du joint est constituée par une pièce métallique comportant un moyeu 10 monté sur un arbre, une face radiale extérieure 11, une face radiale intérieure 12 et un écran protecteur tronconique 13 qui évite toute 35 projection sur 1'élastomère du joint de gouttes d'huile qui provoqueraient l'érosion de sa lèvre d'étanchéité® Cette coupelle renferme le joint d'étanchéité proprement dit qui est fait en une matière élastomère. Ce joint forme un moyeu de base 14 ferme 70 01014 4 2028218 ment maintenu entre les trois parties 10, 11 et 12 de la coupelle et qui, de préférence, est plus épais que les autres parties du joint. Ce moyeu de base 14 peut être considéré, vu en coupe, comme formant l'un des côtés d'un premier pli de soufflet dont 5 le creux est en 15 et qui s'incline vers l'arrière en formant un tronc de cône 16 dont la circonférence de base entoure à distance la face extérieure du moyeu de base 14, laquelle est celle qui est tournée vers la gauche de la figure, cette partie tronconique 16 se repliant ensuite vers l'intérieur pour former 10 un deuxième pli dont le creux est en 17 et dont la paroi latérale 18 est tronconique. Si l'on considère les trois segments de droite 19» 20 et 21 tracés sur la figure et qui représentent les axes des parties 14, 16 et 18 du joint dans le plan de coupe de la figure, on voit que ces trois parties forment un souf-15 flet plan. La dernière partie 18 du joint porte, au moins, une lèvre d'étanchéité 22, et, éventuellement, deux lèvres d'étanchéité 22 et 23, de sorte qu'il est ainsi formé un contact d'étanchéité entre une, au moins, lèvre, en l'espèce la lèvre 22, et une surface d'appui 25 sensiblement perpendiculaire à l'axe 15 du joint et constituée par exemple par la face tournée vers le joint d'un disque annulaire 24. Si le joint de l'invention comporte deux lèvres d'étanchéité, c'est en vue de permettre de diminuer encore plus la pression de contact du joint sur la face 25 du disque 24. La diminution de cette pression de contact 20 a toutefois pour effet que, aux grandes vitesses de rotation, la lèvre d'étanchéité 22 est rejetée radialement vers l'extérieur par les forces centrifuges en pivotant par rapport au pli 17 du soufflet, de sç^te que tout contact cesse alors entre cette lèvre et la face/Su disque annulaire 24. Mais, un autre contact 25 s'établit simultanément entre le bord de la lèvre d'étanchéité 23 et la face 25 du disque annulaire 24. La structure du"joint de l'invention permet d'abaisser fortement la pression qui lui est appliquée, une pression trop élevée étant la cause d'une usure exagérée du bord de la lèvre 30 d'étanchéité du joint, mais, évidemment, le remplacement du joint devient tôt ou tard nécessaire. Ce remplacement pose le problème de la mise du joint d'étanchéité sur sa position exacte sur l'arbre qui assurera la faible pression de contact néces 70 01014 5 2028218 saire et suffisante entre le bord de la lèvre 22 et la faoe 25. Dans les joints d'étanchéité de type antérieur et ne comportant pas de soufflet, une erreur, même faible, sur cette position provoque une augmentation substantielle de la pression de contact 5 et, dans le cas d'un joint comportant un soufflet cylindrique, la pression de contact appliquée sur la lèvre du joint peut, certes, être plus faible, mais la précision du réglage de cette pression n'est ni dans un cas ni dans l'autre aussi bonne que dans le joint de l'invention, et d'autre part, un joint muni 10 d'un soufflet cylindrique occupe sur l'arbre une place bien plus grande que le joint de l'invention« Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisatioh décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprito 70 01014 6 2028218 - REVENDICATIONS - 1» Joint d'étanchéité annulaire axial, caractérisé en ce que la partie principale est constituée par un anneau en matière élastomère porteur d'une ou.de deux lèvres d'étanchéité, cette ou ces lèvres faisant partie intégrante d'un moyeu de base et 5 venant en contact sous l'effet d'une pression de direction axiale avec une surface d'appui plane et perpendiculaire à l'axe du joint ; ce joint étant caractérisé en ce que le rattachement du moyeu de base et de la ou des lèvres d'étanchéité est constitué par un soufflet plan. 10 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caracté risé en ce que le soufflet plan comporte au moins deux plis tronconiques, s'élargissant respectivement dans des directions opposées, dont l'un est rattaché au moyeu de base de l'anneau élastomère et dont l'autre porte la ou les lèvres d'étanchéité. 15 3. Joint d'étanchéité selon la revendication t ou 2, caractérisé en ce que le soufflet plan est rattaché par son bord intérieur à l'extrémité du moyeu de base qui se trouve du côté du ou des bords de contact de la ou des lèvres d'étanchéitéo 4. Joint d'étanchéité selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que l'anneau élastomère est bridé par son moyeu à l'intérieur d'une coupelle métallique qui sert aussi soit de moyeu de montage du joint sur un arbre, soit pour la mise en place du joint dans un moyeu®