Brevet FR2301748A1 — publié le 19760917

La présente invention concerne des joints d'étanchéité à lèvre radiale entourant un arbre dont une application avantageuse est leur utilisation comme joints des pompes à eau d'automobiles. Actuellement, les joints principaux des pompes à eau d'automobiles sont des joints mécaniques de type frontal. Cependant, ces joints sont relativement coûteux, peu fiables et ils posent des problèmes d'installation difficiles à résoudre car il arrive souvent que le joint soit détérioré pendant sa mise en place. De plus, l'eau-qui baigne la face d'étanchéité stéchauffe et forme de la vapeur qui peut corroder les paliers. Bes joints dldtanchéité à lèvre radiale entourant des arbres comportant un élément d'étanchéité en caoutchouc synthétique ne peuvent être utilisés dans une telle application, car bien que l'eau soit un bon lubrifiant, elle est vaporisée instantanément par la chaleur élevée qui est dégagée et elle provoque une usure rapide de l'élément d'étanchéité.Bien qu'un élément d'étanchéité en polytétrafluoréthylène soit autolubrifiant, la pression qui s'exerce sur sa face arrière pendant le fonctionnement le repousse contre la surface de l'arbre, ce qui provoque l'usure rapide même d'un élément en polytétrafluoréthylène. Pendant le refroidissement, la pression est ramenée derrière l'élément d'étanche$é--a' wne valeur inférieure à la pression ambiante, ce qui écarte de l'arbre- la lèvre d'étanchéité en polytétrafluoréthylène.Ce problème de la déformation de l'élément d'étanchéité pendant le refroidissement pourrait être résolu par un ressort, mais ce dernier devrait être coûteux, c'est-à-dire qu'il\devrait être en acier inoxydable pour éviter d'être corrodé et, même dans ce cas, il se gommerait rapidement et perdrait son efficacité. -La présente invention concerne donc un joint d'étanchéité à lèvre radiale entourant un arbre, destiné par exemple aux pompes à eau d'automobiles et supprimant les inconvénients des joints de la technique antérieure. Te joint de la présente invention (1) supprime les difficultés d'installation soulevées actuellement par des joints mécaniques de type frontal et réduit, en conséquence, le risque d'être détérioré pendant sa mise en place, (2) il supporte mieux les variations de pression, (3) il résiste à des températures plus élevées que celles que supportent couramment les joints du type frontal, (4) il est beaucoup moins coûteux et (5) il ne provoque pas de corrosion, car il ne nécessite pas de d'eau/refroidissement entre les surfaces d'étanchéité du fait qu'il peut comporter un élément d'étanchéité en polytétrafluoréthylène qui est autolubrifiant. Le joint d'étanchéité selon l'invention comprend une bague en élastomère disposée dans une cavité située entre l'élé- ment d'étanchéité et le reste du joint. Cette bague empêche la pression de déformer l'élément d'étanchéité à la fois en l'appuyant contre l'arbre (pendant le fonctionnement de la pompe) et en l'écartant de ce dernier (pendant le refroidissement). Dans un type connu de joint d'étanchéité à lèvre radiale entourant un arbre et comprenant une enveloppe annulaire ainsi qu'un élément d'étanchéité souple reliés par un organe de jonction ménageant entre eux une cavité annulaire, une bague en élastomère, remplissant sensiblement ladite cavité, est collée au moins à ltenveloppe ou à organe de jonction. La bague en élastomère évite que la pression ne déforme l'élément d'étanchéité en l'appuyant contre l'arbre et en l'écartant de ce dernier. De fortes impulsions intermittentes de pression à l'intérieur du joint ont pour effet de déformer la bague plutôt que de repousser l'élément d'étanchéité contre l'arbre.Lorsque la pression à ltin- térieur du joint tombe au-dessous de la pression ambiante, par exemple pendant le refroidissement, la force exercée radialement vers l'intérieur par la bague en élastomère contre l'élément d'étanchéité le maintient contre l'arbre. La bague amortit également les vibrations du joint provoquées par des vibrations de l'arbre. Lorsque le joint porte contre l'arbre, l'étanchéité aux fluides est assurée par la compression entre l'élément d'étanchéité et la bague en élastomère. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe partielle d'un mode de réalisation avantageux du joint de pompe à eau selon l'invention ; et la figure 2 est une coupe partielle d'un autre mode de réalisation avantageux de l'invention. La figure 1 représente un joint d'étanchéité 10 à lèvre radiale entourant un arbre selon l'invention. Il est destiné, par exemple, à la pompe à eau d'une automobile. Be joint 10 comprend une enveloppe annulaire externe 12, de préférence métallique, un élément d'étanchéité annulairé souple 14 de polytétrafluor éthylène par exemple, une enveloppe annulaire métallique interne 16, une garniture 18 et une bague 20 en élastomère remplissant sensiblement 11 espace annulaire ou cavité séparant l'élément d'étanchéité 14 de l'enveloppe interne 16. l"enveloppe externe 12 comprend une partie cylindrique 22 et une partie radiale 24. L'enveloppe interne 16 comprend une partie cylindrique 26 et une partie radiale 28. L'élément d'étan cavité 14 comprend une partie radiale 30 et une partie tronconi que 32. l'es diverses parties du joint 10 sont maintenues assemblées par l'enveloppe externe 12, sertie ou rabattue en 34 contre l'en- veloppe interne 16. Tous les éléments du joint 10, à l'exception de la bague 20, sont anciens et bien connus. Dans un mode de réaîisation avantageux, la bague 20 de matière élastomère est formée en remplissantcavité ou espace précité de caoutchouc liquide qui est mûri après avoir~été coulé ou introduit autrement dans la cavité. En variante, la bague 20 peut être formée en la moulant par l'une quelconque des nombreuses techniques de moulage courantes. La bague 20 peut être collée à l'unè des enveloppes métalliques ou aux deux. Cependant, une liai son entre la bague 20 et ltélément d'étanchéité 14 n'est pas essentielle, car leur interface est essentiellement étanche aux fluides du fait d'un ajustage à compression entre l'élément 14 et la bague 20, lorsque le joint entoure l'arbre. La figure 2 représente un autre mode de réalisation avan tageux d'un joint 40 selon l'invention. Le joint 40 comprend une enveloppe annulaire métallique 42, un élément d'étanchéité annu laire 44, de préférence en polytétrafluoréthylène, une bague annu laire de remplissage. 46 de préférence en caoutchouc synthétique moulé en place, lié chimiquement à l'enveloppe 42 et mécaniquement à l'élément d'étanchéité 44 et une bague annulaire 48 en élastomère, remplissant sensiblement la cavité ou espace annulaire séparant l'élément 44 et la bague 46. L'enveloppe 42 comprend une partie cylindrique 50 et une joue radiale 52. L'élément d'étanchéité 44 comprend une partie radiale 54 et une partie tronconique 56. La partie 56 comprend une lèvre d'étanchéité 58 et une surface 60 de contact avec l'arbre sur laquelle plusieurs éléments de pompage hydrodynamique 62 de l'un des types bien connus dans la technique sont formés pendant le moulage de la bague 46. Tous les éléments du joint 40 sont anciens et bien connus, sauf la bague 48. Pendant l'assemblage des éléments de la technique antérieure du joint 40, l'en- veloppe 42 est placée dans un moule. et la partie radiale 54 de l'élément d'étanchéité 44 est disposée contre la joue radiale 52. Dans un mode d'exécution avantageux, on utilise le moulage par transfert. Dans ce procédé, le moule est fermé de façon à former un espace annulaire entre la partie cylindrique 50 de l'enveloppe et l'élément d'étanchéité 44. Be caoutchouc synthétique est transféré dans cet espace annulaire, puis mûri afin de former la bague de remplissage 46. On peut également utiliser un procédé de moulage par compression et dans ce cas, une ébauche annulaire de caoutchouc synthétique placée dans l'espace annulaire est mise en forme de bague 46 après fermeture du moule. Le moule est fermé d'habitude pendant 3 à 4 minutes à une température d'environ 180 à 2000C et à une pression comprise entre 1 100 et 1 480 bars.La bague 48 est formée ainsi de n'importe quelle façon voulue, par exemple par l'un des deux procédés décrits plus haut qui peuvent être utilisés également pour la formation de la bague 20 de la figure 1. Le joint selon l'invention peut être utilisé par exemple dans une pompe à eau où la pression comprise normalement entre 1,05 et 1,75 bar peut atteindre 5,25 bars environ pendant le fonctionnement (ou rotation de l'arbre) à l'intérieur du joint (ctest- à-dire à l'intérieur de la pompe à eau) et dans laquelle pendant le refroidissement, la pression à l'intérieur du joint est ramenée à une valeur inférieure à la pressionwatmosphérique ou ambiante, et parfois très inférieure à celle-ci. il est évident pour les spécialistes que ltexpression f l'intérieur" du joint signifie à l'intérieur de la pompe à eau ou de tout autre dispositif qu'il équipe, c'est-à-dire la partie supérieure du joint en observant les figures 1 et 2, tandis que l'expression à I'extérieur indique le côté opposé qui est à la pression ambiante ou partie inférieure du joint, en observant les figures 1 et 2. La bague 48 en élastomère selon l'invention fonctionne comme un ressort. Elle exerce une force maintenant l'élément d'étanchéité contre l'arbre pendant le refroidissement lorsque la pression ambiante est supérieure à la pression à l'intérieur du joint et elle empêche la pression ambiante plus élevée de déformer l'élément d'étanchéité (ctest-à-dire de l'écarter de l'arbre en produisant une fuite). La bague 48 empêche également les fortes impulsions intermittentes de pression à l'intérieur du joint de déformer l'élément d'étanchéité (c'est-à-dire de repousser une grande partie de celui-ci contre l'arbre ou l'embouchure de la cloche) par le fait qu'elle est déformée par lesdites impulsions mais qu'elle ne les transmet pas à l'élément d'étanchéité. la bague 48 ne fonctionne comme un ressort que pendant le refroidissement et elle n'agit pas comme un puissant ressort dynamique, pendant la rotation de l'arbre. Le joint d'étanchéité de llirvention ne se limite pas aux deux modes de réalisation représentés sur les~aessins et ses applications ne se limitent pas aux pompes à eau d'-automobiles. D'autres modes de réalisation et d'autres applications apparattront aux spécialistes. La matrice de l'élément d'étanchéité ne se limite pas au polytétrafduoréthylène et peut comprendre d'autres types de matières non élastomères souples telles que des résines de matières plastiques et aussi des élastomères. La bague (20 et 48) peut être réalisée en diverses matières dont les nitriles, les polyacryliques, les élastomères fluorés, les uréthannes et le fortes caoutchouc de silicone. Sa dureté doit etre telle que des/impulsions intermittentes de pression, dont la valeur peut atteindre 5,25 bars environ à l'intérieur du joint, la déforment plutôt que de repousser l'élément d'étanchéité contre l'arbre. De plus, une pression ambiante supérieure à celle qui règne à l'intérieur du Joint avec une différence de pression d'environ 1,05 bar ne doit pas soulever l'élément d'étanchéité et l'écarter de l'arbre, à l'encontre de la force exercée par la bague radialement vers l'intérieur contre lui. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité à lèvre radiale entourant un arbre, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe annulaire et un élément d'étanchéité souple réunis par un organe conçu de façon qu'il existe une cavité annulaire entre l'élément d'étanchéité et au moins l'une des deux pièces constituées par lrenveloppe et l'organe de jonction, une bague en élastomère qui est collée uniquement à au moins l'une des deux pièces constituées par l'en- veloppe et l'organe de jonction, remplissant sensiblement ladite cavité annulaire, ladite bague en élastomère empêchant la pres sion de déformer l'élément d'étanchéité en le repoussant contre l'arbre ou en l'écartant de ce dernier. 2. Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe annulaire comprend une enveloppe métallique externe, une enveloppe métallique annulaire interne et une garni ture placée entre l'enveloppe externe et l'élément d'étanchéité, l'enveloppe externe étant sertie sur l'enveloppe interne afin d'assembler les éléments du joint. 3. Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de jonction comprend une bague annulaire de remplissage en caoutchouc synthétique, liée à Ia-foiz a l'enveloppe et à l'élément d'étanchéité. 4. Joint suivant la revendication-2, caractérisé en ce que--ladite bague en élastomère n'est collée qu'à l'enveloppe interne. 5. Joint suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite bague en élastomère n'est liée qu'à ladite bague de remplissage. 6. Joint suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité est en poly tétrafluoréthylène. 7. Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité est en une résine de matière plastique non élastomère. 8. Joint suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et g caractérisé en ce que la bague en élastomère est en caout chouc synthétique liquide mûri après avoir été introduit dans ladite cavité annulaire. 9. Joint suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ladite bague en élastomère est en caoutchouc synthétique moulé en place. 10. Joint suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ladite bague en élastomère exerce radialement vers l'intérieur contre l'élément d'étanchéité une force suffisante pour amortir les vibrations lorsque le joint entoure l'arbre. 11. Joint suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'étanchéité aux fluides entre la bague en élastomère et l'élément d'étanchéité est assurée par un ajustage à compression. 12. Procédé d'étanchement d'un arbre, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer un joint d'étanchéité à lèvre radiale entre l'arbre et l'alésage d'un carter par lequel passe ledit arbre, le joint comprenant une enveloppe annulaire et un élément d'étanchéité souple reliés l'un à l'autre par un organe de jonction mais séparés par une cavité annulaire, puis à remplir pratiquement ladite cavité annulaire d'une bague en élastomère et à ne lier cette bague qu'à l'une des deux pièces constituées par l'enveloppe et l'organe de jonction, de façon que ladite bague évite que la pression ne déforme l'élément d'étanchéité en le repoussant contre l'arbre ou en l'écartant de ce dernier. 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'opération de remplissage consiste à remplir ladite cavité annulaire de caoutchouc liquide, puis à mûrir ce dernier. 14. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'opération de remplissage consiste à mouler un caoutchouc synthétique dans ladite cavité. 15. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il consiste de plus, à donner à ladite bague une dureté telle que de fortes impulsions intermittentes de pression à l'intérieur du joint déforment ladite bague plutôt que de repousser l'élément d'étanchéité contre l'arbre et en ce qu'une pression ambiante supérieure à celle régnant à l'intérieur du joint et pouvant atteindre 1,05 bar écarte pas l'élément d'étanchéité de l'arbre contre la force exercée par ladite bague radialement vers l'intérieur contre l'élément d'étanchéité. 16 Application d'un joint d'étanchéité à lèvre radiale entourant un arbre comprenant une enveloppe annulaire et un élément d'étanchéité annulaire souple relié à ladite enveloppe par un organe de jonction, mais séparé de celle-ci par une cavité annulaire, caractérisée en ce qu'elle consiste à remplir sensiblement la cavité annulaire d'une bague en élastomère et à ne lier cette dernière qu'à l'une des deux pièces constituées par l'enveloppe et l'organe de jonction, de façon que ladite bague empêche la pression de déformer l'élément d'étanchéité en le repoussant contre l'arbre ou en l'écartant de ce dernier, puis à mettre en oeuvre ledit joint dans une pompe à eau d'automobile.