Brevet FR2040383A1 — publié le 19710122

i 2040383 Les joints annulaires d'étanchéité à action radiale, en matière élastomère de construction usuelle, destinés à assurer l'étanchéité d'arbres, ne doivent être utilisés que pour des pressions inférieures ou égales à environ 0,5 atmosphère au-dessus 5 de la pression atmosphérique. Pour des pressions supérieures, la lèvre d'étanchéité est pressée si fortement contre l'arbre et en conséquence si fortement usée que la longévité du joint annulaire se trouve très réduite. Aussi, tant au point de vue technique qu'économique, est-il pratiquement impossible d'utiliser des 10 joints annulaires à action radiale, de construction usuelle,pour assurer l'étanchéité d'arbres, sous des pressions relativement élevées. On connaît divers genres de construction de joints annulaires d'étanchéité à action radiale efficace sous des pressions 15 relativement élevées convenant pour des vitesses périphériques supérieures à 6 m/s. On peut par exemple munir un joint annulaire d'étanchéité normal d'arbre d'une rondelle d'appui. Cette solution au problème posé de l'étanchéité aux pressions élevées nécessite un élément de construction supplémentaire et exige une 20 place plus grande pour le logement du joint. Dans un autre mode de réalisation d'un joint annulaire d'étanchéité à action radiale pour assurer l'étanchéité d'arbres sous des pressions relativement élevées, la tôle de raidissement de la partie de maintien du joint est réalisée de telle manière 25 que grâce à une aile supplémentaire elle soutienne la partie membrane du joint annulaire. Mais dans ces conditions la possibilité de déplacement de la lèvre d'étanchéité se trouve limitée en direction radiale, ce qui est un inconvénient en cas d'excentricité dans la rotation de 30 l'arbre. On peut aussi raccourcir la partie membrane du joint annulaire d'arbre de manière à diminuer beaucoup les surfaces soumises à la pression. Mais, du fait que dans ces conditions la lèvre d'étanchéité devient très raide, elle ne peut plus suivre 35 des déplacements dynamiques de l'arbre. L'invention a pour but de réaliser un joint annulaire à action radiale qui assure l'étanchéité d'arbres à la pression et qui ne présente pas les inconvénients des joints annulaires d'étanchéité connus de ce genre. 40 Un joint annulaire d'étanchéité d'arbre, à action radiale,en 2040383 ' matière élastomère, destiné à assurer une étanchéitê relativement à des fluides sous pression, dans lequel la partie lèvre d'étanchéité soumise éventuellement à la force d'un ressort, par exemple d'un ressort à boudin annulaire, portant l'arête d'étan-5 chéité, est directement raccordée à la partie de maintien du joint, est , conformément à l'invention, caractérisé par une forme de section, dans laquelle un évidement situé du côté opposé à 1'arbre,s'étendant en direction radiale, provoque un affaiblissement de la section de la matière élastomère entre le plan 10 passant par l'arête d'étanchéité et la partie située dans le plan radial, de la partie de maintien du joint, la distance entre le plan d'action du ressort et la surface, disposée à peu près suivant un plan radial et située en regard du ressort, de la partie de maintien du joint étant inférieure ou égale au 15 diamètre extérieur du ressort à boudin annulaire. Lorsque, à la place d'un ressort à boudin annulaire, on utilise un autre organe élastique, par exemple un ressort annulaire en fil métallique , ou aucun organe élastique du tout, il faut retrouver les relations de dimensionnement indiquées ci-dessus, 20 en partant de la dimension du ressort à boudin annulaire, qui doit être utilisé pour le joint annulaire d'étanchéité d'arbre, à action radiale, qui est à considérer. Grâce à 1'évidement précité, qui provoque un effet analogue à une articulation, on satisfait à deux exigences importantes 25 posées à un joint annulaire d'étanchéité à action radiale, soumis à une pression, à savoir : maintenir aussi faible que possible la distance entre l'arête d'étanchéité,et, lorsque le joint annulaire est soumis -à la force d'un ressort, la ligne d'action de ce ressort, et la partie de maintien du joint annulaire, et as-30 surer une mobilité suffisante de la partie de la lèvre d'étanchéité portant l'arête d'étanchéité. Dans le cas d'un joint annulaire d'étanchéité à action radiale soumis à l'action d'un ressort, on suppose à priori que le plan de la ligne d'action du ressort en direction radiale et le plan de l'arête d'étanchéi-35 té, en tenant compte des écarts mutuels de ces deux plans observés habituellement dans les joints annulaires d'étanchéité à action radiale, sont confondus ou au moins très voisins. Dans un mode de réalisation préférentiel de 1'invention,muni d'un siège de ressort de section semi-circulaire, l'affaiblisse— 40 ment de section s'e raccorde directement au siège de ressort. Il 70 15545 15545 3 2040383 est judicieux de disposer l'arête, située du côté de la partie de maintien du joint, du siège de ressort, légèrement plus bas que l'autre arête. Des essais pratiques ont montré qu'il était avantageux de prendre, pour cette différence entre les dimen-5 sions des deux arêtes du siège de ressort environ un dixième du diamètre extérieur de la spire du ressort à boudin annulaire. Du fait que la partie, située du côté de la partie de maintien du joint, du siège de ressort, n'entoure plus le ressort à boudin annulaire sur la moitié de son pourtour, on risque de 10 voir le ressort à boudin annulaire repoussé hors de son siège. C'est pourquoi, conformément à l'invention, il est prévu sur la pièce de maintien, à la hauteur du ressort à boudin annulaire, des butées en matière élastomère. Dans ce cas, on observe les conditions de dimensions indiquées, et ceci de telle manière que 15 la distance entre la ligne d'action du ressort et la butée en matière élastomère soit inférieure ou au plus égale au diamètre extérieur d'une spire du ressort à boudin annulaire. Dans le cas où le ressort à boudin annulaire est repoussé hors de son siège, il y est ramené par les butées en matière 20 élastomère. Même si on n'a prévu aucun tampon de matière élastomère, on peut donner au dispositif une forme telle que le ressort soit ramené dans son siège par la surface, située en regard, de la partie de maintien du joint. Il est judicieux que la partie ou l'aile, disposée selon un 25 plan radial, delà partie de maintien du joint soit réalisée sous forme relativement rigide, jusqu'à la ligne circulaire située le plus près possible de l'arbre ou de la tige. De préférence, pour cela, l'aile, orientée en direction radiale de la tôle de renforcement, est, dans la partie de maintien du joint, prolon-30 gée vers l'arbre autant que le permettent l'orientation, oblique par rapport à l'arbre, de l'arête inférieure de la partie lèvre d'étanchéité et la valeur du balourd (faux-rond de rotation), dont il faut de manière usuelle tenir compte, de l'arbre. Le joint annulaire d'étanchéité à action radiale conforme à 35 l'invention convient non seulement à assurer l'étanchéité de pièces tournantes, c'est-à-dire d'arbres, mais encore celle de pièces animées d'un mouvement de va-et-vient, par exemple de tiges. La figure unique annexée représente, à titre d'exemple illus-tratif mais nullement limitatif, un mode de réalisation préfé-40 rentiel du joint annulaire d'étanchéité à action radiale conforme 15545 4 2040383 à l'invention. Cette figure représente en coupe longitudinale un joint annulaire d'étanchéité à action radiale, dont l'arête d'étanchéité a été désignée par 1 et la ligne d'action du ressort par 5 4. Li" évidement annulaire ÎO proposé par l'invention produit l'affaiblissement de la section 3 située entre la ligne d'action 4 du ressort ou l'arête d'étanchéité 1, qui, avec les écarts observés normalement dans les joints annulaires d'étanchéité à action radiale, est située au voisinage de la ligne d'action 4 du 10 ressort, et la pièce de maintien 9. L'évidement 10 conforme à l'invention coupe le siège 7 du ressort de telle manière que l'arête de gauche (sur le dessin)2 du siège 7 du ressort est plus rapprochée de l'arbre que l'arête qui délimite à droite le siège du ressort. 15 Le côté y, indique la distance entre les butées 6 prévues sur la partie de maintien 9 du joint et la ligne d'action 4 du ressort. Cette dimension est inférieure ou au plus égale au diamètre extérieur d'une spire du ressort annulaire à boudin 5. La tôle de raidissement de la partie de maintien 9 du joint annu-20 laire d'étanchéité à action radiale a été désignée par 8 . Grâce à la conformation selon l'invention du joint annulaire d'étanchéité à action radiale, on obtient une forte diminution de la force d'application radiale au cours du fonctionnement sans pression, mais surtout au cours du fonctionnement sous pression. 25 L'amélioration, par rapport aux autres joints annulaires d'étanchéité à action radiale destinés à fonctionner sous des pressions relativement élevées, de la mobilité de la lèvre d'étanchéité ,permet d'utiliser le joint annulaire avec des excentricités dynamiques d'arbre relativement grandes. En outre, ce mode 30 de construction du joint assure l'avantage supplémentaire d'une faible hauteur. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réali-35 sation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 15545 5 2040383 REVENDICATIONS 1. Joint annulaire d'étanchéité d'arbre, à action radiale, en matière élastomère, destiné à assurer une étanchéité relativement à des fluides sous pression, dans lequel la partie lèvre 5 d'étanchéité, soumise éventuellement à la force d'un ressort, par exemple d'un ressort à boudin annulaire, portant la lèvre d'étanchéité, est directement raccordée à la partie de maintien du joint, lequel joint annulaire d'étanchéité à action radiale est essentiellement caractérisé par une forme de section dans 10 laquelle un évidement (10) situé du côté opposé à l'arbre, s'é-tendant en direction radiale, provoque un affaiblissement de la section (3) de la matière élastomère, entre le plan passant par l'arête d'étanchéité (1) et la partie située dans un plan radial de la partie de maintien (9) du joint, la distance (y) entre le 15 plan d'action du ressort et la surface, disposée à peu près suivant un plan radial et située en regard du ressort, de la partie de maintien (9) du joint, étant inférieure ou égale au diamètre extérieur du ressort à boudin annulaire (5). 2. Joint annulaire d'étanchéité à action radiale selon 20 la revendication 1, caractérisé en ce que l'affaiblissement de section (3) se raccorde directement au siège (7) de ressort. 3. Joint annulaire d'étanchéité à action radiale, selon la revendication 1 ou la_ revendication 2, caractérisé en ce que, sur la partie de maintien (9) du joint, en regard du ressort à 25 boutin annulaire (5), il est prévu des tampons (6) en matière élastomère. 4. Joint annulaire d'étanchéité à action radiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aile, orientée en direction radiale, de la tôle de renforce- 30 ment (8), dans la partie de maintien (9) du joint, ou la partie de maintien (9) réalisée sous forme relativement rigide du joint, est prolongée vers l'arbre autant que le permettent l'orientation, oblique par rapport à l'arbre, de l'arête d'étanchéité et la valeur du balourd, dont il faut de manière usuelle te-35 nir compte, de l'arbre. 5. Joint annulaire d'étanchéité à action radiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aile, orientée en direction radiale, de la tôle de renforcement (8), dans la partie de maintien (9) du joint, et la partie 40 de maintien (9) réalisée sous forme relativement rigide du joint, 15545 6 2040383 ' sont prolongées vers l'arbre autant que le permettent l'orientation, oblique par rapport à l'arbre, de l'arête d'étanchéité et la valeur du balourd, dont il faut de manière usuelle tenir compte, de l'arbre. 6. Joint annulaire d'étanchéité à action radiale selon 1'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'affaiblissement de section (3) est disposé au voisinage immédiat de la tôle de renforcement (8) de la partie de maintien (9).