Brevet FR2295321A1 — publié le 19760716

La présente invention concerne un anneau glissant itani d'une lèpre appuyé. élastiquement contre la zone de contact d'une surface de glissement. Les anneaux d'étanchéité A lèvre appuyée élastiquement présentent cet inconvénient que ladite lèvre s'échauffe en cas de trop grande force d'appui, de lubrification insuffisante, par exemple par défaut de graisse eu d'huile, et/ou en cas de vitesse de glissement élevé, si bien qu'elle est rapidement sou- aise A une usure de glissement nuisible et que son aptitude A l'étanchéité diminue dans use mesure correspondante. Cet incondénient est particulièrement parqué si, comme il est fréquent, la lèvre d'étanchéité est faite d'un matériau sensible A la tem- pérature tel que, par exemple, un élastomère synthétique. On connaît par le brevet allemand n 1 295 293 un an- neau d'étanchéité glissant fixé sur l'arbre tournant d'une nachi- ne et amélioré en ce sens que, par suite de la force centrifuge, une première lèvre d'étanchéité s'écarte de sa surface de contact lorsqu'on atteint une vitesse de glissement élevée, tandis que, par le néne effet, une deuxième livre d'étanchéité se déplace alors vers ladite surface de contact.Nais, en cas de lubrification insuffisante des lèvres d'étanchéité, de changements rapides de vitesse de rotation de l'arbre de la machine et de grandes forces de serrage de la lèvre d'étanchéité, l'anneau d'étanchéité étant serré élastiquement lors de sa aise en place, il peut encore se produire en service un frottement de la lèvre d'étanchéité A ce point excessif que la chaleur correspondante soumette cette dernière à un suréchauffement et que ladite lèvre d'étanchéité, sensible à la température, subisse une rapide usure de glissement. L'invention a pour objet un anneau d'étanchéité glissant qui soit A coup sûr exempt d'un suréchauffenent nuisible de sa lèvre d'étanchéité, sensible a la température, et dans lequel il soit également obvié à un développement non uniforme de chaleur de frottement sur le pourtour de la lèvre d'étanchéité afin d'em- pêcher une surchauffe locale de celle-ci. Cet anneau d'étanchéité est caractérisé par le fait que sa livre d'étanchéité appuyée élastiquement est constituée par un matériau stratifié A au moins deux couches dont celle qui est tournée vers la zone de contact de ladite lèvre présente un plus grand coefficient de dilatation thermique que la ou les couches tournées à ltopposé. Tout suréchauffement de la lèvre d'étanchéité par frottement de glissement excessif est alors iMpossible, car, en cas d'échauffement, celle-ci se colporte convie une bilasse et se cintre à l'encontre de la force d'appui élastique. Dans ces conditions, ladite force d'appui et, par conséquent, aussi le frottement de glissement de la lèvre d'étanchéité diminuent donc lorsque l'échauffement de celle-ci augmente. Bn cas d'échauffement non uniforme de la lèvre d'étanchéité sur son pourtour, par exemple par insertion excentrée ou oblique de l'anneau ou par décalages de lignes de tension dans le matériau dudit anneau d'étanchéité, - il peut, selon le brevet al lenand n 1 954 279, s'établir sur le pourtour de la lèvre d'étanchéité, par suite de dilatation irrégulière, un cintrage préjudiciable à l'appui uniforme de la lèvre d'étanchéité sur sa surface de contact, cela au détriment de son efficacité. Suivant une autre particularité de l'invention, on remédie A cet inconvénient par le fait que la ou les couches non tournées vers la zone de contact de la lèvre d'étanchéité colportent des entailles dirigées de ladite zone de contact vers la naissance de la lèvre et réparties sur le pourtour.Les secteurs résultants de la lèvre d'étanchéité peuvent ainsi se régler sur le pourtour en adaptation A la diversité du frottement de glissement et de la production de chaleur sans que la levure d'étanchéité subisse un cintrage nuisible. Suivant une nouvelle particularité de l'invention, une mince couche intermédiaire de faible rigidité constituée par un matériau - cuivre ou aluminium, par exemple - de forte conductibilité thermique peut en outre être intercalée rigidement entre la couche tournée vers la zone de contact de la lèvre d'étanchéité et la ou les couches tournées à l'opposé. I1 en résulte l'avantage d'une grande rapidité de réponse de la livre d'étanchéité à des variations de la production de chaleur, car cette couche intermédiaire transmet la chaleur sans que celle-ci s'accumule A l'intérieur de ladite lèvre d'étanchéité.Par réduction de sa force d'appui, cette même lèvre d'étanchéité constituée par exemple par un matériau stratifié d'élastomère synthétique agit également sans retard contre une augmentation de la chaleur de frottement entre elle et la zone de contact, ce qui lui évite de dangereuses surchauffes, alors qu'elle est sensible à la température. La couche intermédiaire peut être constituée, au moins en partie, par un treillis de fil d'une haute conductibilité thermique, par exemple par un treillis de fil d'aluninium. Ledit treillis est scellable, par collage ou moulage par injection, aux couches adjacentes de la lèvre d'étanchéité, en sorte qu'il n'oppose pas de résistance notable au cintrage, ou à la flexion, de la lèvre d'étanchéité en fonction de la température. I1 répartit en même temps la chaleur dans la lèvre d'étanchéité, en sorte que le fonctionnement ne puisse pas s'accompagner d'une accuulation de chaleur avec surchauffe locale de ladite lèvre. La lèvre d'étanchéité peut être appuyée contre la zone de contact entre elle et la surface d'étanchéité soit par suite de sa propre élasticité en flexion, soit élastiquement par des moyens auxiliaires, par exemple par un ressort annulaire. Enfin, au moins une couche du matériau stratifié peut être constituée par une matière plastique chargée de fibres sital- liques, par exemple de fibres de cuivre. Les fibres métalliques ont une bonne conductibilité thermique, d'où A nouveau une grande rapidité de réponse thermique de la lèvre d'étanchéité et la sEp- pression de toute accuiulatîon dangereuse de chaleur à de celle-ci. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de trois modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel t la figure 1 est une coupe longitudinale axiale d'un anneau d'étanchéité selon ladite invention; la figure 2 est un extrait agrandi de la coupe longitudinale selon la figure 1; la figure 3 est un extrait analogue de la coupe longitudinale axiale d'un autre anneau d'étanchéité selon l'invention; la figure 4 est une vue selon la ligne A-A de la figure 3; la figure S est une coupe longitudinale axiale partiel le d'un troisième anneau d'étanchéité selon l'invention. L'anneau d'étanchéité 1 représenté sur les figures 1 et 2 est fixé, par exemple par ajustement pressé, sur l'arbre de machine 2.I1 se compose d'un corps de base 3, par exemple en élastomère synthétique sur lequel est disposée latéralement une couche d'une seule pièce 4 de la lèvre d'étanchéité 5, laquelle couche en comporte une autre 6 collée ou vulcanisée sur elle. La couche 6 est tournée vers la zone de contact 7 d'une surface de glissement plane 8 faisant partie d'un carter 9 et perpendiculaire à l'axe de l'arbre 2. L'anneau d'étanchéité 1 est serré axialement contre la surface de glissement 8, si bien que, de façon connue, la lèvre d'étanchéité S est en appui étanche contre la zone de contact 7 de ladite surface de glissement 8 par suite de sa propre élasticité en flexion.Le mouvement de glissement entre la lèvre d'étanchéité 5 et la surface de glissement 8 du carter 9 résulte d'un mouvement relatif entre ledit carter 9 et 11 arbre de machine 2. La couche 6 tournée, dans la lèvre d'étanchéité 5, vers la zone de contact 7 de la surface de glissement 8 présente selon l'invention un coefficient de dilatation thermique supérieur â ce- lui de la couche 4 tournée à l'opposé de cette zone de contact 7. I1 en résulte, en cas d'échauffement de la lèvre d'étanchéité 5, un cintrage tel que représenté en trait mixte sur la figure 2. Ce cintrage agit à ltencontre de la force d'appui entre la lèvre d' étanchéité 5 et la surface de glissement 8 du carter 9, si bien que, lorsque l'échauffement de la lèvre d'étanchéité 5 augmente, il s'établit automatiquement une plus faible force d'appui et, par suite,- une plus faible production de chaleur de frottement.Le corps de base 3, y compris la couche 4 de la lèvre d'étanchéité 5, peut être constitué par un élastomère synthétique avec ou sans charge de particules métalliques ou fibres de cuivre améliorant la conduction de la chaleur dans ladite couche 4; la couche 6, collée ou vulcanisée sur celle-ci, peut elle-même être constituée par un polypropylène à coefficient de dilatation thermique relativement grand. C'est un avantage de l'anneau d'étanchéité selon l'invention que de pouvoir être réalisé économiquement en grandes quantités, par exemple en moulage par injection.Un autre avantage réside dans le fait qu'en service l'anneau d'étanchéité 1 peut être serré axialement sous différentes forces ou différents écartements entre la zone de contact 7 de la surface de glissement 8 sans les conséquences nuisibles d'une trop grande production de chaleur de frottement, ce qui facilite son montage. On voit sur les -figures 3 et 4 un anneau d' étanchéité 10 modifié par rapport à celui des figures 1 et 2 en ce sens qutil présente, insérée entre la couche 6 tournée vers la zone de contact 7 et la couche 4 tournée à l'opposé, une mince couche intermédiaire Il qui possède une bonne conductibilité thermique et, par suite d'une faible rigidité, n'oppose pas de résistance notable au cintrage de la lèvre d'étanchéité 5 en fonction de la tetpéra- ture. Cette mince couche intermédiaire 11 peut par exemple être constituée, en feuille ou treillis de fil, par de l'aluminium ou du cuivre.Elle permet de répartir rapidement, donc sans aceuptu- lation, entre les couches 4 et 6 de la lève d'étanchéité la chaleur de frottement de glissement provenant de la zone decontact 7. Dans cette réalisation modifiée, on a en outre ménagé, dans la couche intermédiaire 11 et la couche 4 tournée à l'opposé de la zone de contact 7, d'étroites entailles continues 12. Ces entait- les 12, dirigées radialement de la zone de contact 7 de la lèvre d'étanchéité 5 vers la naissance 13 de celle-ci empochent ladite lèvre d'étanchéité S de se cintrer par suite de sollicitations thermique et/ou mécanique non uniformes ce qui provoquerait, de façon nuisible, son appui non uniforme au long du pourtour. La figure 5 représente une autre variante. I1 s'agit lA d'un anneau d'étanchéité radial, ou d'arbre,14 inséré dans l'alésage du carter 9 avec un anneau de retenue 15. A l > extrémité de la lèvre d'étanchéité 5, dirigée vers l'intérieur radialement et obliquement par rapport à l'axe de l'arbre de machine, la couche-6 et la couche 4 sont chacune en contact avec ledit arbre 2 en rotation et assurent ainsi l'étanchéité. La lèvre d'étanchéité 5 est mise en appui radial élastique contre l'arbre 2 par un ressort annulaire 16 encastré dans la couche 4 tournée à l'opposé de la zone de contact 7.Tout échauffement de la lèvre d'étanchéité 5 en glissement provoque ici aussi un cintrage de celle-ci en fonction de la température, lequel diminue sa pression d'appui et agit par conséquent à l'encontre d'un suréchauffement de ladite lèvre d'étanchéité. La couche 4 tournée à l'opposé de la zone de contact 7 peut être faite d'un élastçmêre moins rigide que la couche 6 tournée vers cette même zone de contact 7. Bn cas de cintrage de la lèvre d'étanchéité 5 en fonction de la température, le contact entre la couche rigide 6 et l'arbre de machine 2 se trouve supprimé, au lieu qu'il subsiste entre la couche souple 4, provoquant un moindre frottement que la couche 6, et l'arbre de machine 2.On est ainsi assuré d'une étanchéité correcte aux fortes vitesses de rotation dudit arbre de machine 2, cependant que la lèvre d'étanchéité 5 se met A une température de marche relativement basse, du fait que le contact de sa couche rigide 6 avec l'arbre 2 s'est rompu. Les réalisations décrites ci-dessus n'ont qu'une valeur d'exempleset l'on pourra bien entendu leur apporter diverses modifications sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi notamment qu'une des couches de la lèvre d'étanchéité pourra être élastique et comporter sur son pourtour des entailles pratiquées avec un couteau ou de façon analogue et dirigées de la zoné de contact de ladite lèvre dtétanchéité vers la naissance de celle-ci, entailles qui, sans que son efficacité en souffre, stop poseront à son cintrage nuisible et dont les parois élastiques se toucheront mutuellement et empêcheront le lubrifiant ou des particules de souillure de passer à travers lesdites entailles. REVEND I CAT IONS 1. Anneau d'étanchéité glissant muni d'une lèvre ap puyée élastiquement contre la zone de contact d'une surface de glissement caractérisé par le fait que sa lèvre d'étanchéité est constituée par un matériau stratifié à deux ou plus de deux couches dont celle qui est tournée vers la zone de contact de ladite lèvre d'étanchéité présente un coefficient de dilatation thermi- que plus grand que celui de la ou des couches tournées à l'opposé. 2. Anneau d'étanchéité glissant selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la ou les couches tournées à l'op- posé de la zone de contact de la lèvre d'étanchéité présentent des entailles distribuées-sur leur pourtour et dirigées de ladite zone de contact vers la naissance de la livre d'étanchéité. 3. Anneau d'étanchéité glissant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qutune wince couche intermédiaire de faible rigidité et de forte conductibilité thermique est insérée rigidement entre la couche tournée vers la zone de contact de la lèvre d'étanchéité et et la ou les couches tournées à l'opposé. 4* Anneau d'étanchéité glissant selon la revendication 3 caractérisé par le fait qu'une couche intermédiaire constituée en totalité ou en partie par un treillis, par exemple en fil d'a aluminium ou de cuivre, est insérée rigidement entre la couche tournée vers la zone de contact de la lèvre d'étanchéité et la ou les couches tournées à l'opposé. 5. Anneau d'étanchéité glissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que sa lèvre d'étanchéité est élastique en flexion. 6. Anneau d'étanchéité glissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que sa lèvre d'étanchéité est rendue souple par des moyens auxiliaires élastiques, par exemple par un ressort annulaire. 7. Anneau d'étanchéité glissant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs des couches du matériau stratifié de la lèvre d'étanchéité sont constituées par une matière plastique chargée de particules ou fibres métalliques d'une haute conductibilité thermique.