Brevet FR2370207A1 — publié le 19780602

La présente invention est relative à un Joint d'étanchéité tournant à support élastique. Le problème auquel répond l'invention est d'obtenir un Joint dtétanchéité tournant, permettant par exemple à un arbre tournant sur lui-mEme de traverser une paroi tout en évitant que l'huile ou un autre liquide ne puissent passer d'un o8té à l'autre de cette paroi. Ce problème est particulièrement difficile lorsque l'ensemble est soumis à des sollicitations brutales entraînant des déformations et des déplacements des pièces en regard. Un exemple de tels problèmes peut Autre trouvé dans les joints d'étanchéité entourant les galets de roulement de véhicules équipés de chenilles. Des problèmes analogues se rencontrent aussi avec des pompes travaillant dans une ambiance corrosive ou abrasive. Le joints destinés à de tels usages comprennent usuellement deux pièces de frottement. concentriques à l'arbre et venant en contact l'unecontre l'autre dans un plan parpendiculaire à l'axe de l'arbre. L'une de ces pièces est reliée à Marbre tournant, et en traineqpar lui en rotation, l'autre étant reliée à la paroi fixe. Les liaisons de ces pièces à l'arbre d'une part, à la paroi d'autre part,sont realisees par l'intermédiaire d'un elément élastique qui, par exemple dans le cas du brevet ER 1 109 950, est constitué par un anneau de caoutchouc ou matière analogue en forme de tore cir- culaire, compris entre deux portées coniques, dont l'une fait partie de la pièce de frottement et l'autre fait partie d'un support qui est solidaire soit de l'arbre, soit de la paroi. Ce système, d'une grande robutesse, présente l'inconvénient, en particulier, que ses performances dépendent de la température les caoutchoucs les plus modernes, mssme s'ils résistent à des températures dans une gamme très étendue, voient leurs caractéristiques varier de façon importante lorsqu' on approche des limites de cette gamme, ce qui est le cas par exemple pour des engins travaillant sous des froids très rigoureux ; au démarrage, le joint est à une température très basse, mais s'échauffe rapidement jusqu'à une température de fonctionnement qui-dépend essentiellement du travail qui lui est demandé. I1 en résulte des pertes d'efficacité et des usures prématurées.On peut également reprocher au joint torique la forme de sa courbe caractéristique donnant la relation entre la déformation et la contrainte : à partir d'une position de repos, il faut une déformation relativement importante pour obtenir sur les parois du support une pression convenable, correspondant à l'étanchéité recherchée. Cela provient de la forme mEme du tore cireulaire, dont la surface de contact sùr les por teesvarie rapidement en fonction de la force d'appui lorsque celleci est faible, et plus lentement lorsqu'elle est forte. I1 en r*- sulte que de tels joints n'ont qu'un débattement limité.Un autre inconvénient de ce type de joints résulte de la nécessité d'obtenir des portées coniques sur la pièce de frottement et sur le support, ce qui augmente le prix de revient. On a proposé des joints dont l'anneau de caoutchouc a une section de forme différente, en trois parties, une première partie venant épouser celle de la pièce de frottement en l'enveloppant en partie, une seconde partie venant épouser la forme d'un logement dans le support et une partie intermédiaire reliant les deux. On peut agir sur la forme de la courbe caractéristique a volonté par un choix judicieux de la forme de la partie intermédiaire, et les formes de la pièce de frottement et du support peuvent Entre moins coûteuses à obtenir, mais l'inconvénient résulte des variations des caractéristiques du caoutchouc en fonction de la température. De plus, la partie intermédiaire doit à elle seule absorber la quasi-totalité des contraintes et déformations, si bien que la longévité de l'ensemble est fortement abaissée. Danse ne variante des joints de ce type, la seconde partie de l'anneau de caoutchouc reçoit une armature métallique, partiellement ou totalement noyée dans le caoutchouc. On obtient ainsi une nouvelle simplification des formes du logement pratiqué dans le support mais les inconvénients signalés ci-dessus ne sont pas supprimés. La présente invention à pour objet de fournir un joint - dont les caractéristiques dépendent peu de la température dans une large gamme, - qui présente une excellente longévité, - qui permette des débattements importants et, - qui soit d'une obtention simple, n1 exigeant pas d'usinages compliqués, Un joint d'étanchéité pour arbre tournant selon l'invention comprend deux pièces de frottement en contact l'une sur l'autre dans un plan perpendiculaire à l'arbre, deux supports susceptibles d'tre solidarisi,l'un de l'arbre, l'autre dlune paroi fixe traversée par l'arbre, et au moins une pièce de liaison élastique reliant une /des pièces de frottement à un des supports, cette pièce de liaison comprenant une première partie venant en contact étanche avec la pièce de frottement, une seconde partie venant en contact étanche avec le support et renforcée par une armature métallique,et une partie intermédiaire, plus mince que la première partie et reliant celle-ci à la seconde partie. Dans ce joint, llarmature métallique de la seconde partie se prolonge à travers la partie intermédiaire et vient au moins jusque dans la région centrale de la première partie. De préférence, l'armature de la seconde partie de la pièce de liaison est constituée par une lame de ressort de forme cylindrique, prolongée par des lamelles repliées dans le sens radial et qui se prolongent à travers la partie intermédiaire de la pièce de liaison et vont au moins jusque la partie centrale de la première partie. De préférence également, l'armature métallique de la seconde partie de la pièce de liaison comprend une pièce métallique de soutien disposée à l'intérieur et au contact de la lame de ressort de forme générale tubulaire, avec un repli vers l'intérieur sous la zone de repliage des lamelles, et un repli vers l'extérieur à latex trémité opposée, la longueur de la partie cylindrique de ladite pièce de soutien étant sensiblement égale à celle de la partie cylin drique de la lame de ressort. L'armature métallique peut être totalement ou partiellement noyée dans du caoutchouc. I1 est clair que dans le présent texte le mot "caoutchouc" englobe aussi -bien les caoutchoucs naturels ou synthétiques que toutes les matières susceptibles des mimes usages. Suivant un mode de réalisation préféré, la première partie de la pièce de liaison a la forme d'un tore à section sensiblement circulaire et la seconde partie a la forme d'un tube de diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la première partie, la partie intermédiaire étant placée vers une extrémité du tube constitué par la seconde partie et la pièce de frottement a une section en forme de L avec un congé intérieur de rayon supérieur à celui de la première partie > alors que le support présente un alésage cylindrique dans la région qui vient en contact avec la seconde partie de la pièce de liaison. La présente invention va maintenant titre expliquée plus en détail en se référant aux figures parmi lesquelles - figures 1, 2 et 3 sont des schémas de joints selon l'art antérieur, - figure 4 est une coupe d'un joint selon l'invention, - figure 5 est une vue en perpective relative d'une pièce de jonction d'un joint de la figure 4, et, - figure 6 est un diagramme illustrant la relation entre la foree axiale exercée sur un joint et son déplacement. La figure 1 est une coupe schématique d'un demi-joint selon l'art antérieur et dont la pièce de liaison est en forme de tore circulaire. Une pièce de frottement 1 est disposée autour d'un arbre tournant 2, dont le diamètre a été fortement réduit sur la figure pour donner plus de clarté. La pièce 1 est en contact par sa face de frottement 3 avec une pièce similaire non représentée. Une pièce de liaison en caoutchouc 4 a,au repos, la forme d'un tore de section circulaire. Elle est placée entre une surface conique 5 de la pièce 1 et une autre surface conique 6 d'un support 7. Les angles des deux surfaces coniques sont voisins l'un de l'autre. Des rebords 8, 9, 10 sur la pièce 1 et le support 7 empochent la pièce de liaison 4 de s'échapper. La partie droite de la fig. 1 montrela disposition du joint lorsqu'il est comprimé pour obtenir ltétanehéité. La pièce 1 et le support 7 se sont rapprochés dans le sens axial, diminuant la largeur de l'espace offert à la pièce 4, qui est écrasée, assurant ainsi l'étanchéité tant à son contact avec la piece de frottement 1 qu a celui avec le support 7. On voit que le r81e de la pièce 4 est multiple : elle transmet une force presssante axiale du support 7 vers la pièce frottement 1, de façon à assurer lté- tanchéité de celle-ci le long de la surface de contact 3 avec la pièce antagoniste, elle transmet de la pièce 1 au support 7 le couple résultant du frottement le long de la surface 3, elle assure l'étanchéité et, enfin,elle absorbe une partie des contraintes résultant des déplacements axiaux ou tranversaux de l'arbre 2.La fig. 2 représente un autre type du joint selon l'art antérieur. La pièce de frottement l,qui présente, comme dans le cas de la fig. 1, une surface de frottement 3 dans un plan radial, est placée autour de l'arbre 3. La pièce de liaison 4 en caoutchouc comprend trois parties: une première partie 11 vient épouser la forme de la pièce 3, une se conde partie 12 vient se loger dans un évidement 13 > pourvu de rebords 14,15, du support 7, et une partie intermédiairel6 relie ces deux parties entres elles. Lorsque le joint est comprimé (partie droite de la figure 2) la partie intermédiaire 16 est déformée. La fig. 3 représente une variante du joint de la fig. 2, les mimes pièces ayant les mimes repères. La différence porte essentiellement sur la seconde partie 12 de la pièce de liaison. Celle-ci est pour * d'une armature 17 formée d'un anneau métallique. La rigidité plus grande de la partie 12 permet de simplifier la forme de ltévidement 13, qui ne présente plus de rebords, car la partie 12 nta plus tendance a s'en échapper lors de la compression. La figure 4 est relative à un exemple non limitatif de joint selon l'invention. Dans cet exemple, les deux pièces frottantes 1 sont en contact par une surface de frottement radiale 3, et sont placés autour d'un arbre 2. Les pièces 1 sont en forme de L, avec une face extérieure formant la surface 3 > et une autre face extérieure est tourne vers arbre 2; les faces intérieures des pièces 1 se raccordent par un congé 21. La pièce de liaison 4 comprend une première partie 11, qui est en forme de tore circulgire. de rayon légèrement inférieur à celui du congé 21, une seconde partie 12, de forme cylindrique, et une partie intermédiaire 16, qui relie les deux autres. Le rayon intérieur de la partie 12 est légèrement supérieur au rayon extérieur de la partie Il. La partie 12 est emmanchée à force dans un logement cylin drique 13 du support 7. La pièce de liaison 4(cf. figure 5) est pourvue d'une armature métallique en deux parties, d'une part une lame de ressort circulaire=22, qui est obtenue à partir d'une lame de ressort qui a été découpée en forme de peigne, c'est-à-dire qu'elle comprend un corps 23 continu et portant des lamelles transversales 24. La lame de ressort est ensuite courbée en flele et ses deux extrémités sont fixées llunesurl'autre par rivetage, soudage ou tout autre moyen. Le corps 23 et la base 25 des lamelles 24 ont ainsi une forme cylindrique.Les extrémités 26 des lamelles 24 sont ensuite pliées vers l'intérieur selon un angle supérieur à 900, et la terminaison des lamelles se trouve au voisinage du centre de la section de la première partie 11 en -forme de tore circulaire. Bien entendu, le mode opératoire décrit ci-dessus n'est pas limitatif et n1 est indiqué que pour mieux faire comprendre la forme de la pièce 22. La seconde partie de l'armature métallique comprend une pièce cylindrique 27, qui est placée à l'intérieur de la pièce 22 et en contact avec elle. La pièce 27 présente un repli vers l'extérieur 28 à une extrémité, et un repli vers I'intérieur 29 à l'autre extrémité. Le bord extérieur du corps 23 de la pièce 22 vient porter sur le repli 28, et la zone de pliage des lamelles 24 vient porter sur le repli 29. L'utilité d'une armature en deux parties est de permettre d'obtenir très simplement, à partir de produits formés de tale mincie d'épaisseur uniforme, de grande différences de flexibilité entre la zone de la partie 12, qui doit Autre très rigide, et celle de la partie intermédiaire 16 où une plus grande souplesse est nécessaire. De plus, la pièce 27 sert de support et de guide pour le pliage des languettes 24 comme on le verra plus loin. Les pièces 22 et 27 sont totalement noyées dans le caoutchouc. Selon un mode préféré de fabrication d'une pièce de liaison selon l'invention, on confectionne la pièce 27- par emboutissage suivi de découpage, on prépare la pièce en découpant dans une tale d'acier une ébauche en forme de peigne qu'on met en forme de cercle en fixant ses extrémités l'une sur l'autre, on place l'ébauche sur la pièce 27 et on replie les languettes 25 en prenant appui sur le bord 29 de la pièce 27. Ensuite, on place l'ensemble formé par les pièces 22 et 27 dans un moule, dans lequel on procède au moulage par compression du caoutchouc autour de ces pièces. Pour éviter une déformation ou un déplacement des extrémités 26 des languettes on maintient celles-oi, pendant le moulage, au moyen de cales fines amovibles traversant la paroi du moule. Dans une variante de ce mode de fabrication, on place dans le moule, en mEme temps que les pièces 22 et 27 de l'armature, la pièce de frottement 1 et le support 7, sur lesquelles on surmoule le caoutchouc, de façon à obtenir un ensemble unitaire. La figure 6 est un diagramme donnant le déplacement du joint en fonction de la force radiale exercée sur lui, la courbe en trait plein correspondant à un joint selon l'invention, et la courbe en tirets à un joint comportant une pièce de liaison en forme de tore circulaire. On constate que la pression nécessaire à l'étanchéité est obtenue pour un déplacement plus faible, surtout lorsque déplacement et pression sont faibles, Le joint selon l'invention présente donc une courbe caractéristique plus favorable que celui de l'art antérieur, tout en ayant une longévité au moins égale. Sur la figure 4 on a représenté un joint symétrique, comportant deux pièces de frottement, deux pièces de liaison et deux supports respectivement identiques. Pour des raisons de simplicité on peuttsans sortir de l'invention, remplacer lrune des moitiés du joint ainsi décrit -par des pièces d'obtention plus facile, l'une des pièces 1 en forme de L étant par exemple remplacée par un disque présentant- une surface d'usure et reliéeà son support par un simple joint torique, ou mEme solidaire de ce support, et constituant, par exemple, un simple épaulement de -celui-ci. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité pour arbre tournant, comprenant deux pièces de frottement en contact l'une sur l'autre dans un plan perpendiculaire à l'arbre,deux supports susceptibles d'être solidarisés l'un de l'arbre, l'autre d'une paroi fixe traversée par l'arbre, et au moins une pièce de liaison élastique reliant une des pièces de frottement à un des supports2 cette pièce de liaison comprenant une première partie venant en contact étanche avec a pièce de frottement, une seconde partie venant en contact é- tanche avec le support et une partie intermédiaire plus mince que la première partie et reliant celle-ci à la seconde partie ainsi qu'une armature métallique qui renforce les trois parties et passe dans l'épaisseur de la partie intermédiaire, caractérisé en ce que ladite armature métallique vient au moins jusque dans la région centrale de la première partie. 2. Joint selon la revendication 1, dans laquelle l'armature comprend unelame de ressort de forme cylindrique, placée à l'intérieur de ladite seconde partie venant en contact étanche avec le support, caractérisé en ce que ladite lame de ressort cylindrique est prolongée par des lamelles repliées dans le sens radial et qui se prolongent à travers la partie intermédiaire de la pièce de liaison et vont au moins jusqu'à la partie centrale de la première partie. 3. Joint selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'armature métallique de la seconde partie de la pièce de liaison comprend une pièce métallique de soutien disposée à l'intérieur et au contact de la lame de ressort, de forme générale tubulaire, avec un repli vers l'intérieur à l'extrémité située sous la zone de repliage des lamelles, et un repli vers l'extérieur à l'extrémité opposée, la longueur de la partie cylindrique de ladite pièce de soutien étant sensiblement égale à celle de la partie cylindrique de la lame de ressort. 4. Joint d'étanchéité pour arbre tournant, comprenant deux pièces de frottement en contact ltune sur l'autre dans un plan perpendiculaire à l'arbre, deux supports susceptibles d'etre solidarisés l'un de l'arbre,l'autre d'une paroi fixe traversée par l'arbre, et au moins une pièce de liaison élastique reliant une des pièces de frottement à un des supports, cette pièce de liaison comprenant une première partie venant en contact étanche avec la pièce de frottement, cette première partie ayant la forme d'un tore de section sensiblement circulaire, une seconde partie venant en contact tanche avec le support, cette seconde partie ayant la forme d'un tube de diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la première partie et étant renforcée par une armature métallique, et une partie intermadiaire plus mince que la première re partie, reliant entre elles les première et seconde parties et placée vers une extrémité du tube constituant la seconde partie, la pièce de frottement ayant une section en forme de L avec un congé intérieur de rayon supérieur à celui de la première partie alors que le support présente un alésage cylindrique dans la région qui vient en contact avec la seconde partie de la pièce de liaison, caractérisé en ce que l'armature métallique de la seconde partie se prolonge à travers la partie intermédiaire et vient au moins jusque dans la région centrale de la première partie. 5. Joint selon la revendication 4 dans laquelle l'armature comprend une lame de ressort de forme cylindrique, placée à l'intérieur de ladite seconde partie venant en contact étanche avec le support, caractérisé en ce que ladite lame de ressort cylindrique est prolongée par des lamelles repliées dans le sens radial et qui se prolongent à travers la partie intermédiaire de la pièce de liaison et vont au moins jusque la partie centrale de la première partie. 6. Joint selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que l'armature métallique de la seconde partie de la pièce de liaison comprend une pièce métallique de soutien disposée à l'intérieur et au contact de la lame de ressort, de forme générale tubulaire, avec un repli vers l'intérieur à l'extrémité située sous la zone de repliage des lamelles, et un repli vers l'exté- rieur à l'extrémité opposée,la longueur de la partie cylindrique de ladite pièce de soutien étant sensiblement égale à celle de la -partie cylindrique de la lame de ressort. 7. Procédé de fabrication de joint selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel on obtient la pièce de liaison par moulage de caoutchoucdans un moule dans lequel l'armature a été placée au préalable, caractérisé en ce qu'on prévoit des supports pour maintenir les lamelles en place pendant le moulage.