Brevet FR2028168A1 — publié le 19701009

-i- 2028Î68 On utilise couramment, et en particulier par exemple comme Jointe d'étanchélté entre un arbre tournant et un moyeu, des joint» constitués par une bague en un élastomère approprié et formant une base annulaire de forte section de laquelle 5 part une lèvre d'étanchélté, cette base étant logée dans une partie formant réceptacle d'une armature en général métallique mais qui peut aussi être, par exemple, en matière plastique dure. En général, ces bagues d'étanchélté ont toutes des sections de forme similaire bien qu'elles puissent agir suivant deux sens oppo-10 »és. C'est ainsi que la lèvre d'étanchélté de ces joints peut être appliquée eontre un disque perpendiculaire à un axe de rotation et solidaire d'un moyeu dans lequel tourne un arbre entraînant le joint dans sa rotation, ou bien cette lèvre peut s'appliquer sur l'une des parois d'une gorge ou d'un collet porté 15 par un axe fixe, le joint lui-même étant monté sur un moyeu tournant. Des joints de ce type sont considérés comme présentant l'avantage essentiel d'être étanches aux huiles et aux matières similaires, cette étanchélté étant obtenue pour une pression très faible de leur lèvre sur leur surface d'appui et, par sui-20 "te» Pour une faible usure de cette lèvre. Il a été proposé, pour réduire encore cette usure, d'augmenter le rayon de la lèvre d'étanchélté du joint de façon que la distance séparant la base de la bague en élastomère de la surface d'appui de sa lèvre d'étanchélté soit plus 25 grande. Ceci permet de diminuer la pression de contact de cette lèvre sur sa surface d'appui et, par conséquent, d'augmenter la durée de vie utile du joint par diminution de l'usure de sa lèvre d'étanchélté. Il est toutefois nécessaire que les joints 30 d,étanchéïté de ce type soient, ainsi qu'il a été indiqué plus haut, soient munis d'une armature qui assure leur bonne fixation sur leur support et à l'intérieur de laquelle la base annulaire de la bague du joint doit être sous une forte tension circonfé-rentielle. 35 l'expérience a montré que ces joints, pour des raisons difficiles à élucider, ne fonctionnent souvent pas en pratique de la façon désirée. La présente invention est basée sur des observations au microscope faites en vue de déceler comment se répartissent dans la partie élastomère des joints de type 69 21807 -2- 2028168 10 décrit montés à l'intérieur de leur armature les lignes de contrainte lorsque ces joints sont d'une part hors tension et d'autre part sous tension, et ces observations ont montré que, pour une raison qui n'est pas encore parfaitement comprise, ces lignes de contrainte se déforment de façon que le bord de contact de la lèvre d'étanchélté du joint se déplace sur sa surface d'appui, ce qui a pour résultat une diminution de l'efficacité du joint. La présente invention a pour objet un joint du type décrit dans lequel l'inconvénient précité est éliminé, et un procédé de fabrication de ce joint. Selon la présente invention, et en ce qui concerne la forme du joint qui en fait l'un des objets, la surface intérieure de la partie annulaire de base de la bague en élasto-jtj mère qui vient s'appuyer contre le fond du réceptacle formé par l'armature du joint est, à l'origine, tronconique, de sorte que lorsque la bague en élastomère est mise en place dans son armature, cette partie annulaire de base est ainsi, suivant le cas, plus allongée ou plus contractée circonférentiellement sur l'un 20 de ses côtés que sur l'autre, cette différence d'allongement ou de contraction compensant en totalité ou en partie le déplacement des lignes de contrainte dans la lèvre d'étanchélté du joint. Selon la présente invention, et en ce qui concerne le procédé de fabrication qui. en fait l'un des objets, la 25 bague en élastomère est mise en place à foree dans le fond du réceptacle formé par son armature, ce qui a pour effet de rendre parfaitement cylindrique ladite surface de la bague qui était tronconique à l'origine, puis il est formé sur eette armature, par repoussage ou à la presse, une collerette qui maintient la 30 base annulaire de cette bague fermement prisonnière dans ledit réceptacle formé par l'armature du joint. La description qui va suivre, et les dessins annexés donnés surtout à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure I est une vue en coupe de 11 arma-tare d'un joint conforme à un premier mode de réalisation de 1 ' invention; 55 69 21807 -3- 2028168 - la figure 2 est une vue en coupe de la bague en élastomère du joint de l'invention conforme à ce premier mode de réalisation; - la figure 3 est une coupe représentant la ba-5 gue de la figure 2 en place dans son armature de la figure I, mais avant gue cette bague ait été bloquée en position correcte dans l'armature par formation sur celle-ci d'une collerette de retenue; - la figure 4 représente l'armature de la 10 figure I et la bague de la figure 2 assemblés sous leurs forme définitive; - les figures 5, 6 et 7 sont respectivement similaires aux figures I, 2 et 4, mais se rapportent à un deuxième mode de réalisation de 1*invention; et 15 - les figures 8 et 9 correspondent respecti vement aux figures 2 et 4, mais se rapportent à un troisième mode de réalisation de l'invention. L'armature 10 représentée sur la figure I comporte un moyeu cylindrique II dont le diamètre intérieur 20 correspond à celui de l'arbre sur lequel le joint doit être monté, et une partie radiale 12. Cette dernière est prolongée par une partie tronconique 13 qui n'est normalement pas en contact avec le joint élastomère proprement dit, mais dont le rôle est de protéger ce joint eontre les projections d'huile et, par suite, 25 d'éviter son érosion sur sa périphérie. La partie radiale 12 est constituée par deux parties 12' et 12" décalées l'une par rapport à l'autre et formant entre elles un épaulement intérieur. La figure 2 représente la bague en élastomère qui vient se placer dans l'armature de la figure I. Cette bague 30 comporte une partie annulaire de base 14, une partie radiale 15 et une partie de forme générale cylindrique se prolongeant par au moins une lèvre d'étanchélté. Dans le mode de réalisation représenté, cette partie cylindrique 16 se prolonge par deux lèvres d'étanchélté 16' et 17", mais le fait que le joint comporte 35 une ou deux lèvres d'étanchélté n'a aucune importance en ce qui concerne la présente invention. Les raisons de la forme caractéristique du joint de l'invention sont mises en évidence sur la figure 4» Les joints du type décrit et de construction antérieure 69 21807 -4- 2028168 comportaient une bague en élastomère directement moulée dans l'armature du joint, la disposition de l'ensemble ainsi obtenu étant similaire, mais non identique en toutes ses parties, à celle du joint représenté sur la figure 4. Mais, le moulage 5 direct dans son armature de la bague d'étanchélté donnait naissance dans 1*élastomère de cette bague à des contraintes de tension dont la valeur ne pouvait être calculée à l'avance et dont les effets, qui étaient peut être négligeables dans la partie annulaire de base 14 de la bague ou même dans ses lèvres d'étan-10 chéïté 17 et 17", prenaient toute leur importance dans la partie radiale 15 et, à un certain degré, dans la partie cylindrique 16 de la bague, ees parties 15 et 16 se trouvant ainsi dans un état de tension variable d'un joint à l'autre. Il s'ensuivait que des tensions différentes, représentées respectivement sur 15 la figure 4 par les flèches 18* et 18" et différant d'un joint à l'autre, prenaient naissance respectivement sur la face intérieure et sur la face extérieure de la partie radiale 15, par exemple, de la bague. Par suite, il était impossible de prévoir l'intensité de la force avec laquelle le bord extrême 20 de la 20 lèvre d'étanchélté 17' s'appliquerait contre sa surface d'appui fixe verticale, ou radiale, représentée sur la figure 4 par le trait mixte 19. Il était évidemment possible d'éviter en partie les inconvénients dus à ces irrégularités en donnant plus d"épais-seur, c'est-à-dire plus de rigidité, à cette partie radiale 15 25 de la bague, mais il en résultait une raideur excessive des lèvres d'étanchélté qui devaient par suite, pour réaliser 1'étanchélté désirée, s*appliquer plus fortement sur leur surface d'appui 19 et qui, de ce fait s'usaient plus fortement. Dès qu'une usure apparaissait sur l'extrémité de ces lèvres, l'élas-30 tomère constitutif devenait plus ou moins rugueux et 1'étanchélté du joint n'était plus assurée. Les recherches faites par la Demanderesse sur les causes de ces irrégularités n'ont pas élucidé complètement les raisons, mais permettent d'affirmer que l'une des causes les plus importantes en est la présence de ten-35 siona internes dans la base annulaire 14 de la bague, tensions qui prennent naissance au refroidissement de celle-ci après son moulage et dont le résultat est la naissance de tensions 18' et 18n d'intensités essentiellement différentes. 69 21807 -5- 2028168 C'est là l'inconvénient que la présente invention a pour "but de supprimer. Ce résultat est obtenu du fait que la surface intérieure 21 de la base annulaire 14 de la bague du joint de l'invention n'est pas cylindrique, mais tronco-5 nique, ses génératrices faisant avec l'axe de l'arbre sur lequel le joint est monté un angle dont la valeur dépend dans chaque cas des dimensions de l'ensemble. Ainsi qu'on le voit sur la figure 2, la valeur moyenne de cet angle est d'environ 10°« Cette forme de la surface 21 est celle qu'elle a avant mise en 20 place de la bague dans son armature. Il apparaît donc clairement que la présente invention ne peut être mise en application si la bague en élastomère est moulée directement dans son armature, et que cette bague doit être moulée séparément puis mise en place dans son armature. Cette mise en place s'effectue, 25 ainsi qu'on le voit sur la figure 3, alors que le moyeu II de l'armature qui sert de support de la base annulaire 14 de la bague est cylindrique. Cette mise en place a pour effet de donner naissance sur le moyeu II de l'armature à des tensions tan-gentielles élevées du fait que la surface intérieure 21 de la 20 partie de base annulaire 14 de la bague prend alors une forme cylindrique et serre fortement sur le moyeu II sous-jacent. La bague en élastomère étant dans un état stable avant sa mise en place dans son armature, les tensions internes qui y prennent naissance sont calculables et peuvent d'ailleurs être plus in-25 tenses que celles obtenues au refroidissement de cette bague après, selon les procédés antérieurs, moulage direct dans son armature. Il est ainsi possible d'obtenir un bon équilibre des tensions qui prennent naissance dans la partie radiale 15 de la bague d'étanchélté et, par conséquent, de donner à la lèvre 30 ou aux deux lèvres d'étanchélté, suivant le cas, la position stable désirée. La base annulaire II de la bague doit être fixée d'une façon ou d'une autre dans l'armature du joint. Cette fixation peut être obtenue en vulcanisant la partie de base 14 35 de la bague alors qu'elle est en position sur le moyeu II de l'armature. Un autre procédé, plus simple et plus efficace, consiste à maintenir la bague en élastomère prisonnière sous l'épau-lement intérieur formé entre elles par les deux parties radiales 12' et 12" de l'armature par une collerette radiale 22 pro- 69 21807 -6- 2028168 longée par une collerette tronconique 23 toutes deux formées par relèvement du bord extérieur du moyeu II de l'armature. On voit sur la figure 4 que les génératrices dudit épaulement intérieur font un petit angle 24 avec les génératrices adjacentes 5 de la bague en élastomère. le principe de la présente invention est indépendant du fait que le joint comporte une ou deux lèvres d'étanchélté. Toutefois, il est préférable de prévoir deux de ces lèvres pour la raison suivante, la lèvre extérieure 17" peut bien, 10 aux faibles vitesses de rotation, demeurer appliquée contre sa surface d'appui 19, mais si, comme indiqué plus haut et en vue de réduire l'usure du bord extérieur de cette lèvre la force avec laquelle elle s'appuie sur la surfaee 19 a été tenue à dessein faible, lorsque la vitesse de rotation du joint s'accroît 15 les forces centrifuges qui en résultent font pivoter la lèvre 17' vers l'extérieur, ce pivotement s'effectuant dans chacune des sections de cette lèvre autour d'un point qui se situe à peu près à l'emplacement de celui référencé 25 sur la figure 4o la raison de la présence d'une deuxième lèvre I7n est que eelle-20 ci pivote simultanément, mais vers l'extérieur et vient ainsi s'appliquer contre la surface d'appui 19, le contact de la lèvre intérieur 17" et de la surface d'appui 19 devant se produire avant que la lèvre extérieure 17* ait cessé de s'appuyer sur cette surface. 25 la présence de deux lèvres d'étanchélté ne cons titue certes pas l'un des objets de la présente invention, mais il y a lieu de remarquer que dans les joints comportant deux lèvres d'étanchélté 17' et I7n» la force avec laquelle ces lèvres s'appliquent respectivement sur leur surface d'appui peut 50 être plus faible, et que, pour les raisons données plus haut, les avantages du joint de l'invention sont d'autant plus marqués que cette force est plus faible. ;■ les figures 5, 6 et 7 représentent un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, 55 et ainsi qu'on le voit sur la figure 5, la partie radiale 12 de l'armature ne forme pas un épaulement intérieur mais une nervure intérieure 26 obtenue à la presse ou par repoussage. Une gorge circulaire 27, de préférence de section triangulaire et dont les dimensions correspondent à celles de la nervure intérieure 26, 69 21807 -7- 2028168 est prévue ainsi qu'on le voit sur la bague en élastomère représentée sur la figure 6, cette bague étant identique dans toutes ses autres parties à celle de la figure 2. la figure 7 correspond à la figure 4 précédente et montre comment la partie annu-5 laire de base 14 de la bague en élastomère a été, après distension, mise en place sur le moyeu cylindrique II de son armature, après quoi le bord libre de ce moyeu cylindrique a été relevé vers l'extérieur puis vers l'intérieur pour former une collerette radiale 22 prolongée par une collerette tronconique 23. On re-10 marquera que dans ce cas la compression exercée par les collerettes 22 et 23 sur la partie de base de la bague en élastomère doit être plus forte que dans le mode de réalisation de la figure 4 pour obtenir une bonne pénétration de la nervure 26 de la figure 5 dans la gorge circulaire 27 de la figure 6, l'élasto-15 mère constitutif de la partie annulaire de base 14 de la bague épousant alors parfaitement, par fluage et ainsi qu'on le voit sur la figure 7, la forme de ladite nervure intérieure. les figures 8 et 9 représentent un troisième mode de réalisation de l'invention, la bague en élastomère re-20 présentée sur la figure 8 est semblable en certains points de sa construction aux bagues représentées sur les figures 2 et 6. la gorge 27 à section triangulaire de la figure 6 est remplacée dans la bague de la figure 8 par une gorge 28 dont la section est en forme de segment de cercle, et la lèvre d'étanchélté in-25 férieure 17" n'est séparée de la partie annulaire de basé 14 de la bague que par une rainure 29 profonde et tronconique mais étroite, cette rainure pouvant être taillée dams I1élastomère constitutif de la bague après son moulage et avant son montage dans l'armature, la face extérieure de la partie annulaire de 30 base 14 de la bague est légèrement tronconique et ses génératrices font avec le plan perpendiculaire à l'arbre sur lequel le joint est monté un petit angle 30, ce qui, comme on le voit sur la figure 9» a pour effet de faire légèrement pivoter vers l'extérieur la lèvre d'étanchélté 17' et d'élargir légèrement la rai-35 nure tronconique 29 lorsque la bague est montée dans son armature. Dans ce troisième mode de réalisation, les parties 15 et 16 de la bague en élastomère sont pratiquement réunies en une seule et même partie. 69 21807 -8- 2028168 L'angle 30 peut être compris entre 6 et I4°» Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 69 21807 -9- 2028168 10 15 lETEOICAïIOflS 1°) - Joint d'étanchélté annulaire comportant une armature métallique, ou similaire, et une bague en élastomère logée dans cette armature, ladite bague en élastomère formant une partie de base encastrée dans l'armature, une partie intermédiaire et une ou plusieurs lèvres d'étanchélté; ce joint étant caractérisé en ce que, lorsque la bague en élastomère n'est soumise à aucune tension tangentielle, la surface de sa partie de base qui vient s'appliquer autour du moyeu de l'armature est tronconique, ses génératrices étant inclinées par rapport à celles adjacentes dudit moyeu et, par suite, s'éloignent de l'axe de l'arbre sur lequel le joint est monté en s'éloignant du plan passant par les bords libres des lèvre? d'étanchélté. 2°) - Joint selon la revendication I dans lequel l'inclinaison'desdites génératrices sur celles du moyeu est d'environ 10°. 3°) - Joint selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la bague en élastomère, lorsqu'elle 2Q ®st mise en place autour du moyeu cylindrique de l'armature, se trouve distendue et soumise à des forces de tension tangentiel-les, de sorte que sa surface tronconique à l'origine devient cylindrique . 4°) - Joint selon l'une quelconque des reven-25 dications précédentes dans lequel la partie de base de la bague en élastomère est encastrée dans l'armature entre deux parties de celle-ci distantes axialement l'une de l'autre. 5°) - Joint selon la revendication 4 dans lequel une partie de l'armature, de forme générale plane et annu-50 laire et située à distance du plan passant par le bord libre des lèvres d'étanchélté du joint, forme intérieurement une nervure, ou une protubérance circulaire analogue, repoussée ou emboutie, la partie de base de la bague en élastomère portant une gorge correspondant à ladite nervure ou protubérance. 35 6°) - ïïn joint selon la revendication 4 dans lequel une partie de l'armature distante du plan passant par le bord libre des lèvres d'étanchélté du joint, forme un épaule-ment intérieur sous lequel vient se loger le bord extérieur cor 69 21807 -10- 2028T68 respondant de la partie de base de la bague. 7°) - Joint selon l'une des revendication» 4* 5 ou 6, dans lequel le bord libre du moyeu cylindrique de l'armature, c'est-à-dire celui qui n'est pas rattaehé aux autres 5 parties de cette armature, est relevé de façon à former une collerette radiale prolongée par une collerette tronconique, la bague en élastomère du joint se trouvant ainsi fermement agrippée par sa partie de base. 8°) - Joint selon l'une quelconque des reven-Xo dications précédentes dans lequel la face de la partie de base de~la bague en élastomère la plus éloignée du plan passant par les bords libres des lèvres d'étanchélté est tronconique lorsque la bague en élastomère n'est soumise à aucune tension tangen-tielle, ses génératrices étant par suite inclinées sur l'axe 15 de l'arbre sur lequel le joint est monté. 9°) - Joint selon la revendication 8 dans lequel ladite inclinaison des génératrices est d'environ 6 à 14e. 10°) - Joint selon la revendication 9 dans lequel la bague en.élastomère, lorsqu'elle est en place dans son 20 armature, est soumise à des forces de tension tangentielles qui ont pour effet de redresser sa face précitée, tronconique à l'origine, et de la rendre plane et perpendiculaire à l'axe de l'arbre sur lequel le joint est monté. 11°) - Procédé de fabrication d'un joint d'étan-25 chéîté conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : fabrication, de préférence par moulage, d'une bague en un élastomère approprié dont le diamètre du trou central est légèrement inférieur au diamètre extérieur du moyeu cylin-30 drique de l'armature qui doit recevoir cette bague, la paroi intérieure dudit trou central de la bague en élastomère étant légèrement tronconique à sa sortie du moule, son diamètre allant en augmentant en s'éloignant du plan passant par les bords libres des deux lèvres d'étanchélté portées par la bague en élas-35 tomère; et distension de la bague en élastomère et mise en place -de eelle-ci sur le moyeu cylindrique de l'armature, cette opération ayant pour résultat, du fait des forces tangentielles qui se développent dans la bague, de déformer la surface intérieure 69 21807 -ii- 2028168 de eelle-ci qui, de tronconique à l'origine devient cylindrique et se trouve ainsi fermement appliquée sur le moyeu cylindrique de l'armature. 12°) - Procédé selon la revendication II dans 5 lequel la "bague en élastomère est fixée sur son armature. 13°) - Procédé selon la revendication 12 dans lequel cette fixation s'effectue par vulcanisation. 14°) - Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13 dans lequel'la fixation de la bague en élastomère dans 10 son armature est obtenue en relevant l'extrémité libre du moyeu cylindrique de celles-ci de façon que ce moyeu forme une collerette radiale prolongée par une collerette tronconique, le moyeu de l'armature formant ainsi un réceptacle dans lequel est enserrée la bague en élastomère. i