Brevet FR2244905A1 — publié le 19750418

La présente invenrion-concenne les trépans de fortage du type à molette rotative et elle concerne plus particulierement un dispositif assurant Itétanchéité entre la molet- te et le tourillon sur lequel elle est montée afin de retenir le lubrifiai-ib à l'intérieur de la molette et d'empêcher les débris détachés par le trépan ainsi que les autres matières étrangères de pénétrer entre les portées de la molette et du tourillon L'invention a donc pour objet un nouveau dispositif d'étanchéité pour un trépan à molette rotative. Ce dispositif a une dimension axiale très réduite de manière que les portées aient une longueur maximale.Il fait en outre office de clapet de retenue et s'ouvre lorsque la pression de la graisse à L'intérieur du trépan dépasse une valeur prédéterminée mais se referme sous l'effet d'une pression extérieure ou sous l'effet de la pression des débris qui tendent à se coincer contre le j oint à 1' extérieur de la molette. Enfin, dans ce dispose tif > le joint d'étanchéité est immobilisé angulairement sur le tourillon de manière à éviter il usure prématurée de la surface extérieure de celui-ci. L'invention sera décrite en détail ci-après en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un trépan d' un type classique muni d'un dispositif d'étanchéité de l'invention; la figure 2 est une eoupe partielle à grande échelle de la partie de la figure 1 entourée par le cercle en pointillé 2; et la figure 3 est une coupe longitudinale d'un autre type de trépan dont le tourillon est muni de dispositifs d'étanche- ité selon l'invention montés chacun à une de ses extrémités. lie trépan 10 représenté sur les figures 1 et 2 est d'un type classique à cône et comprend une tue 11 qui se prolonge vers l'arrière par une queue filetée 12 permettant de 1' accou- pler à un train de tiges non représenté. la tete se prolonge vers l'avant par un support d'outil 13 muni d'un ex tourillon l4 orienté obliquement vers ltinterieur et vers le bas à partir du support. L'outil ou molette rotative 15 tourne sur deux portées 16 et 17 du tourillon 14 et sur une rangée circulaire de billes 18 qui roulent dans une gorge du tourillon. Après la mise en place des billes dans leur chemin de roulement, le canal dtintroduction des billes est obturé par une cheville 19 qui les empoche de sortir des gorges opposées de la molette et du tourillon. L'outil ou molette 15 est en général en acier allié et sa surface extérieure comporte des dents rapportées 20, ou des éléments coupants analogues. La molette 15 comprend un suralésage 21 dont le fond délimite une surface radiale d'étanchéité 22. L'extrémité correspondante du tourillon qui est voisine du support 13 comporte une portée cynique 23. Une bague d'étanchéité 24 logée dans le suralésage 21 comprend une face d'étanchéité 25 sensiblement radiale et sa paroi intérieure a par exemple le profil indiqué sur la figure 2 qui délimite une surface conique de manière que sa paroi annulaire soit plus étroite dans sa section 27 que dans sa section opposée qui comprend la face radiale 25. Un joint annulaire élastique 28 tel qu'un joint torique est intercalé entre le tourillon 14 et la surface intérieure de la bague d'étanchéité 24.Le doint annulaire 28 est par exemple en caoutchouc synthétique tel que le Buna-N ayant une dureté Shore dlenviron 70 et,à à 11 état détendu, il est de section droite circulaire. Lorsque la molette 15 est montée sur le tourillon 14 le joint élastique 28 est déformé et s'applique contre les surfaces coniques 23 et 26 de la manière représentée sur les figures l et 2. Du fait de son élasticité, il pousse la bague 24 contre la surface radiale d'étanchéité 22 de la mo- lette en exerçant sur cette bague une force axiale de 11 ordre de 25 à 250 kg. L'expérience montre que pour des trépans d'un diamètre compris entre 175 mm et 250 mm, cette force doit être de préférence de l'ordre de 50 à 75 kg. En plus de la charge axiale exercée par le joint élastique 28 qui pousse la bague d'étanchéité 24 contre la surface d'étanchéité 22, llanneau ainsi déformé exerce également un effort radial contre la bague 24. Etant donné que l'épaisseur de la paroi annulaire de la bague 24 est réduite dans sa section 27 par rapport à son épaisseur dans sa section qui comprend la face radiale 25, cette bague qui est en matière élastique, par exemple en matière plastique ou en métal, se dilate radialement.Cette dilatation est plus importante dans sa section 2 que dans sa section plus epaisse et, de ce fait, sa paroi annulaire tend à basculer autour du point 29. En raison de ce basculement, la pression de contact de- la partie extérieure de la face 25 de la bague contre la surface radiale d'étanchéité 22 de la molette est plus grande que la pression de contact de sa partie intérieure contre la surface 22. Ainsi, tout Jeu initial entre la face 25 de la bague et la surface d' étanchéité 22 est supprimé sur le pourtour de son bord extérieur 29. Par c4nsdquent ,les particules abrasives extérieures ne peuvent se frayer un chemin entre la face 25 de la bague et la surface d'étanchéité 22 et elles ne risquent donc pas de dégrader les surfaces de contact et de venir se mélanger à la graisse en détériorant les portées et le roulement. Si on le désire, on peut appliquer une couche de matière élastique sur la surface 22, sur la face 25 de la bague ou entre celle-ci et la surface 22 pour que l'étanchéité soit plus efficace dans certaines conditions d'utilisation. Le joint élastique 28 est en contact frottant avec la portée conique 23 du tourillon 14 et avec la surface inti rieure conique 26 de la bague 24. De ce fait, ni le joint 28, ni la bague 24 ne tournent par rapport au tourillon 14, ce qui évite l'usure par abrasion du dispositif d'étanchéité. Dans la plupart des cas, la face de portée 25 de la magne est 6tagée-et comprend un évidement annulaire 25a voisin de son bord intérieur, ce qui lui permet de stouvrtr radialement lorsque la pression de la graisse logée dans la molette dépasse une valeur prédéterminée. Il faut noter que dans certains cas > la portée du tourillon alignée avec la surface intérieure 26 de la bague d'étanchéité 24 peut eAtre cylindrique au lieu dteAtre conique comme la portée 23, sans altérer l'efficacité du dispositif d'étanchéité de l'invention. L'ensemble représenté sur la figure 3 comprend un support d'outil 40 constitué par un blot/qui est en général soudé sur la tête non représentée du trépan. Le support 40 dont la forme est celle d'un étrier comprend deux branches 42 et 43. Un tourillon 44 est monté entre les deux branches 42 et 43 et il est par exemple goupillé sur la branche 42 par un boulon transversal 45 La molette rotative 46 tourne sur le tourillon 44 par l'intermédiaire de rouleaux 47, 48,49 et d'une rangée de billes 50. Les rouleaux et les billes circulent dans des chemins de roulement appropriés. Au voisinage de son extrémité droite, selon la figure 3, le tourillon 44 comprend une collerette radiale 51 ayant une surface extérieure conique 52. La molette 46 comprend un suralésage 53 dont le fond délimite une surface radiale d' étanchéité 54.Une bague d'étanchéité 55 entoure le tourillon 44 et la surface conique 52 de la collerette. La bague comprend une face radiale d'étanchéité qui s'applique contre la surface 54 et une surface intérieure conique 56 opposée à la surface conique 52 du tourillon. Un joint annulaire 57 intercalé entre ces deux surfaces coniques pousse élastiquement la bague contre la surface dtétanchéité 54 de la molette d'une manière identique à celle qui a été décrite en regard des figures 1 et 2, Un dispositif dtétanchéité semblable est monté à 11 autre extrémité de la molette 46 et comprend une bague d'étanchéité 60, un joint élastique annulaire 61 et une bague de portée 62 qui est par exemple emmanchée à force autour du tourillon 44. Ce dispositif dtétanchéité fonctionne également de la mEme manière que le dispositif décrit en regard des figures 1 et 2. On voit que la dimension axiale du dispositif d'étanchéité de l'invention est très faible et que la longueur outil lisible de la portée de la molette est maximale pour une longueur disponible donnée. Ce dispositif agit à la manière d'un clapet de retenue, car le Joint peut s'ouvrir en s'écar-~ tant radialement lorsque la pression interne atteint une va leuVprédéterminée mais il peut eAtre difficilement ouvert par la pression extérieure ou par la poussée exercée parues débris sur le pourtour du joint par l'extérieur de la molette. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent gtre apportées aux éléments décrits ci-dessus, sans sortir du cadre de l'invention. REYENDICATIONS 1 - Trépan à outil rotatif pour forages terrestres,com- prenant un corps muni d'un tourillon sur lequel une molette rotative est montée et qui est entouré d'une bague d'étanchéi té, ce trépan étant caractérisé en ce que la bague d'étanchéité comprend une surface profilée et une face d'étanchéité, la molette comprend une surface d'étanchéité, un élément élastique est intercalé entre le tourillon et la bague d'étanchéité et coopère avec le tourillon et la surface profilée de-la bague d'étanchéité pour pousser axialement celle-ci de manière que sa face d'étanchéitésstapplique contre la surface d'étanchéité de la molette. 2 - Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface profilée de la bague d'étanchéité comprend une surface intérieure tronconique. 3 - Trépan selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tourillon a une surface de portée tronconique opposée à la surface intérieure tronconique de la bague d'étanchéité, l'élément élastique étant intercalé entre ces deux surfaces tronconiques. 4 - Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à ) caractérisé en ce que le tourillon comprend une surface tronconique , la bague dlétanchéité entoure la surface tronconique du tourillon, l'élément élastique plaquant la bague d'étanchéité contre la surface d'étanchéité de la molette d'une manière telle que la pression de contact entre le bord extérieur de la face de la bague et la surface d'étanchéité de la molette soit plus grande qu'entre la surface de contact du bord intérieur de la face de la bague d'étanchéité contre la surface dtétanchéité de la molette. 5 - Trépan à outil rotatif pour forages terrestres,com- prenant un support d'outil et une molette coupante tournant sur un tourillon solidaire du support outil, la molette comportant une surface d'étanchéité, ce trépan étant caractérisé en ce que le tourillon comporte une surface extérieure en pente et en ce qutil comporte une bague d'étanchéité ayant une face d'étanchéité et une surfaee intérieure en pente entourant la surface en pente du tourbillon, et un organe de poussée qui coopère avec les surfaces en pente pour appliquer la face d'étanchéité de la bague contre la surface dtétanchéi- té de la molette. 6 - Trépan selon l'une des revendications l et 5, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité est appliquée élastiquement contre la surface d'étanchéité de la molette d'une manière telle que la pression de contact du bord extérieur de la face d'étanchéité de cette bague contre la surface d'étanchéité de la molette soit plus grande que la pression de contact de son bord intérieur contre la surface étanchéité té de la -molette. 7 - Trépan selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la surface en pente de la bague d'étant chéité est tronconique, l'organe de poussée étant élastique et coopérant avec le tourillon et la surface tronconique de la bague d'étanchéité pour plaquer élastiquement la face de celle-ci en contact étanche contre la surface d'étanchéité de la molette. 8 - Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 7, caractérisé en ce qu'une matière élastique est intercalée entre la face de. la bague d'étanchéité et la surface a' étanchéité de la molette. 9 - Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 7, caractérisé en ce qu'une matière élastique est appliquée contre la face d'étanchéité de la bague. -10 - Trépan selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 7 > caractérisé en ce qu'une matière élastique est appliquée contre la surface d'étanchéité de la molette. il - Trépan selon l'une quelconque des revendications 5 à 3,0, caractérisé en ce que ltorgane de poussée coopère avec les surfaces en pente pour plaquer élastiquement la bague d'étanchéité contre la surface d' étanchéité de la molette d'une manière telle que la pression de contact du bord extérieur d g a face de la bague contre la surface détanchéi- té de la molette soit plus grande que la pression de contact du bord intérieur de la face de la bague contre la surface d'étanchéité de la molette.