Brevet FR2385012A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne des perfectionnements aux garnitures d'étanchélté à frottement latéral entre un arbre traversant une paroi, l'arbre et la paroi tournant l'un par rapport à l'autre, le frottement se réalisant entre deux bagues, l'une solidaire, en rotation, de l'arbre, et l'autre solidaire, en rotation, de la paroi, suivant des surfaces planes annulaires perpendiculaires à l'axe de l'arbre, lesdites surfaces étant appliquées constamment l'une contre l'autre par des moyens élastiques exerçant un effort axial, des moyens d'étanchéité étant prévus entre chaque bague et ltélément dont elle est solidaire pour éviter les fuites dans les deux sens, les deux bagues étant placées chacune dans une chambre annulaire à parois cylindriques coaxiales à l'arbre, présentant au moins un joint d'étanchéité avec la bague correspondante, et présentant, au fond, un siège élastique d'appui de la bague correspondante, l'un des deux sièges élastiques présentant des moyens à forte élasticité, tels que des ressorts, repoussant constamment la bague correspondante vers l'autre, des moyens étant encore prévus pour rendre parfaitement concentrique les deux parois cylindriques des chambres annulaires où sont logées les bagues, la bague solidaire de l'arbre étant solidaire d'un collier calé sur l'arbre. Le demandeur a déjà déposé au moins deux brevets concernant de tels joints d'étanchéité, brevets auxquels on pourra se reporter pour se rendre compte de l'état de la technique. Parmi ces brevets il faut citer le brevet français 1.463.141 déposé le 9 novembre 1965 ayant pour titre : 'fGARNT'JRE D'E TkNCHITn MEc,NIQUE A FROTTEMENT LATER.hL" ainsi que le brevet français 2.231.271 déposé le 23 mai 1973 et ayant pour titre "PERFECTIOMNEFENTS AUX GARNITURES D'ETANCHEITE A FROTTEMENT LATéRAL." Les premières réalisations sont toujours complexes et on a cherché à simplifier des différents éléments du joint ; ce qui fait l'objet de la présente invention.Par ailleurs les bagues de frottement étaient maintenues trop rigidement et ne pouvaient pas prendre d'elles-même leur place lors de la rotation. D'autre part, la conformation des bagues de frottement rendait leur mise en place difficile, mise en place au cours de laquelle on aboutissait à des détériorations des joints toriques. Enfin, la matière à bas coefficient de frottement constituant les bagues de frottement est onéreuse et toute la bague était constituée en cette matière, ce qui-grevait le prix de revient. La présente invention est destinée à remédier à ces inconvénients. Suivant l'essentiel de l'invention, on réalise la combinaison de a) deux bagues de frottement composites, c'est-à-dire présen tant un anneau à surface de frottement en matériau résistant à la friction, à l'usure et ayant un faible coefficient de frottement, ledit anneau étant enchâssé dans une plaque métallique, b) avec le fait que l'une de ces deux bagues de frottement, au moins, est libre de jouer légèrement dans le plan radial de la surface de frottement, les joints d'étanchéité la concernant étant alors prévus pour conserver leur efficacité malgré ce mouvement la stabilisant en dépit des vibrations éventuelles de l'arbre, cette stabilisation étant améliorée par l'action directe de rappel des ressorts de poussée axiale, sans anneau intermédiaire, la bague de frottement relative à l'arbre étant soutenue par un collier serré sur l'arbre de manière à éviter toute excentration. L'anneau à surface de frott:ement en matériau résistant à la friction, à l'usure et ayant un faible coefficient de trot- tement, présente, de place en place, des saignées dans lesquelles s'engagent des ressauts emboutis de la partie métallique de la bague, ressauts qui ameliorent l'enchâssement de la partie frottante de l'anneau dans son autre -partie métallique. Suivant une forme préférée de réalisation, la bague de frottement solidaire de la paroi est retenue, en rotation par des ergots solidaires du flasque extérieur et s'engageant chacun dans un trou de la bague nettement plus grand que lesdits ergots. Par ailleurs, pour préserver les joints toriques, les bagues de frottement présentent un chanfrein important sur les arêtes contigues aux surfaces cylindriques où s'appuient les joints d'étanchéité, ce chanfrein étant prévu pour que la bague puisse s'insérer facilement à l'intérieur du joint, sans le détériorer, quand on glisse axialement ladite bague par rapport au Joint. Une caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que les ressorts de poussée axiale ne sont plus logés, comme dans le brevet 2.231.271, dans une bague intermédiaire, mais directement dans des alvéoles du flasque extérieur et qu'ils sont précomprimés entre le fond desdits alvéoles et des épaulements relatifs à la chambre annulaire où est logée la bague relative à la paroi. Enfin, la présente invention concerne des perfec tionnements relatifs au collier de soutient de la bague de frottement solidaire de l'arbre, perfectionnements qui sont carac prisés par le fait que le collier est constitué par un anneau cylindrique ayant un trou central, du diamètre de l'arbre, ledit anneau étant fenduopartiellement radialement perpendiculairement à l'axe, en deux parties, l'une de ces parties étant fendues radialement parallèlement à l'axe et comportant un moyen de serrage, à la manière d'un collier, l'autre de ces parties présentant, sur sa face latérale extérieure, une rainure annulaire recevant la bague de frottement correspondante, avec des joints d'étanchéité habituels. Plus précisément, le moyen de serrage du collier peut être constitué par une vis qui est convenablement disposée pour assurer l'équilibrage dynamique du collier de soutien, ut.e butée agissant dans le sens axial étant prévue entre les deux parties du coller, au voisinage de la vis, pour éviter un rapprochement excessif des deux parties du collier, lors du montage et du démontage, rapprochement pouvant déterminer ur coincement de l'ensemble du collier. D'une manière simplifiée, la butée peut être assurée par la tête de vis elle-meme. Avec ces différents perfectionnements on réalise une économie de pièces consécutive de la garniture d'étanchéité et, par la même occasion, on obtient un ensemble beaucoup plus compact. D'une manière générale, la garniture est simplifiée. I1 faut signaler aussi que les bagues de frottement peuvent flotter et se placer dynamiquemen plus facilement l'une par rapport à l'autre. On a vu aussi que les chanfreins qu'elles comportent facilitent leur mise en place et préservent les joints toriques qui l'encadrent. D'ailleurs le nombre de ces joints est réduit par rapport aux premières réallsations, ce qui limite les risques de fuites. En ce qui concerne la réalisation des bagues de frottement, on fait une forte économie de matériaux chers qui cons tituent les surfaces de frottement. On peut donc employer des matériaux de qualité meilleure qui résistent mieux aux solli citations mécaniques. Enfin la constitution nouvelie du collier support de la bague de frottement tournante permet d'assurer la parfaite conentricitd de ce collier et de la bague de frottement correspondante avec l'arbre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des cription suivante qui en donne un exemple non limitatif de réalisation pratique, exemple qui est illustré par les dessins joints dans lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif de l'ln- vention appliqué à un arbre tournant traversant une paroi fixe, suivant une disposition classique, la figure 2 est une vue en perspective du collier de soutien de la bague de frottement, la figure 3 est une coupe suivant un plan radial d'une bague de frottement seule, la figure 4 est une vue de profil du collier de soutien représenté à la figure 2. Comme dans le brevet 2.231.271, la garniture de l'in vention est destinée à réaliser l'étanchéité entre un arbre tournant 1 et une paroi fixe 2. Un collier 3 est fixd sur l'arbre 1, à l'intérieur du carter 4, à l'aide du serrage d'une vis 5 et il supporte une bague de frottement 6 en matériau dur ou auto-lubrifiant. Le collier 3 sera décrit plus en détail plus loin comne faisant partie d'une caractéristique importante de l'invention. L'étanchéité entre le collier 3 et l'arbre 1 est réalisée par un joint torique 7. La bague 6 se loge dans une rainure annulaire 8 du collier 3 et l'étanchéité entre la ba gue 6 et le collier 3 est réalisée par le joint torique 9. La bague de frottement 6 est rendue solidaire, en rotation du collier 3, par un ergot, non représenté dans les dessins, planté dans le collier 3 au fond de la rainure 8 et pénétrant dans un trou correspondant de la bague 6. La surface de frottement de la bague 6 est radiale, suivant une surface en forme de couronne perpendiculaire à l'axe de l'arbre 1. Cette surface vient frotter en contact d'une surface similaire d'une autre bague de frottement 13 correspondante, solidaire de la paroi 2.La bague 13 est soumise à un effort axial vers la bague 6 sous l'effet de ressorts tels que 15, qui prennent appui au fond de trous cylindriques 16 dont l'axe est parallèle à l'axe de l'arbre.1. Les trous 16 ont la particularité de présenter un épaulement 46 qui peut venir retenir le ressort 15 pour l'empêcher de ressortir dudit trou 16 ou même de se détendre à l'extérieur de celui-ci. Cette fonction est complétée par la douille 17 qui comporte aussi un épaulement 47 qui retient de la meme façon le ressort 15. L'usinage des trous 16 offre quelques difficultés puisqu'il doit se faire avec un outil spécial et non pas avec une simple mèche ; cette difficulté n'est pas majeure. Les trous 16 sont percés dans un flasque 18. La douille 17 et le flasque 18 sont soigneusement rendus concentriques l'un de l'autre par un emmanchement à forte. Le flasque 18 est fixé à la paroi 2 par des vis telles que 19. L'étanchéité entre la bague 13 et la douille 17 est réalisée par un joint torique 20. De même ltétanchéité entre la bague de frottement 13 et le flasque 18 est réalisé par un joint torique 21. L'étanchéité entre la douille 17 et la paroi 2 ainsi qu'avec le flasque 18 est réalisée par le Joint torique 22. La bague 14 est solidarisée, en rotation, du flas que 18 par l'ergot 24, qui est parallèle à l'arbre 1, et qui s'engage dans un logement ou trou borgne 25 de la bague 13. Les trous 25 ont un diamètre plus important que les ergots 24 pour permettre un.certain flottement. Le fonctionnement de ce joint est le même que celui du Joint décrit dans le brevet 2.231.271. En résumé, le flasque 18, la douille 17 et la bague 13 sont immobilisés, en rotation, par rapport à la paroi fixe 2. Les seules pièces tournantes sont l'arbre 1, le collier 3 et la bague 11. L'étanchéité est réalisée sur le plan de frottement entre les deux bagues 6 et 13 qui sont réalisées en matériau approprié, dur et auto-lubrifiant, tel que des carbures métalliques ou des céramiques. Toutes les caractéristiques qui viennent d'etre décri tes sont connues et font déjà parties des brevets précédemment cités. Les caractéristiques qui vont maintenant etre décrites sont nouvelles et font parties de la -présente invention. Le collier de soutien 3 de la bague de frottement 6 solidaire de l'arbre 1 est constitué par un anneau cylindri- que avec un trou central 48 du diamètre de l'arbre. L'anneau 3 est fendu partiellement radialement, perpendiculairement à son axe par une fente 49 qui le divise en deux parties une partie 50, qui supporte la bague de frot-;ement 6 et une partie 51 permettant le serrage de la bague 3 sur l'arbre 1. Pour réaliser cette dernière fonction de serrage, la partie 51 présente une fente radiale 52 parallèle à l'axe, les deux lèvres de la fente pouvant être plus ou moins rapprochées par la vi-s 5 dont la tête s'appuie dans ure feuillure 53 et dont le corps se visse dans un trou fileté correspondant de l'autre lèvre. Les deux parties 50 et 51 sont reliées par le fait que la fente 49 ne coupe pas entièrement le collier 3 : il subsiste une portion 54 non fendue, qui fait toute l'épaisseur du collier 3. La partie 50 présente la rainure annulaire 8 qui reçoit la-bague de frottement 6, éventuellement avec interposition d'une rondelle élastique 37. La vis 5 est convenablement disposée pour assurer l'équilibrage dynamique du collier de soutien en tenant compte de la feuillure 53 et de l'évidement de la fente 49. Des trous peuvent être percés dans le collier 3 ou des masselottes peuvent etre ajoutées pour améliorer l'équi- libre dynamique. Du fait de la fente 49, les deux parties 50 et 51 peuvent s'éloigner ou se rapprocher l'une de l'autre dans la région au voisinage de la vis 5. Si l'alésage du trou 48 est réalisé avec précision, par rapport à l'arbre 1, il peut alors se produire un coincement du collier 3 sur l'arbre 1, coincement qui est particulièrement génant lorsque les deux parties 50 et 51 se rapprochent. Pour éviter cela, on prévoit une butée entre les deux parties 50 et 51, pour empecher le rapprochement de ces deux parties, ladite butée se trouvant au voisinage de la vis 5. Une façon élégante de réaliser cette butée est de placer la tete de la vis 5 tout contre la partie 50. La vis 5 aura donc une tête cylindrique avec un trou central à six pans creux. Une particularité essentielle de l'invention réside dans le fait que la bague 6, comme la bague 13, est composée d'une partie métallique, respectivement 55 et 56, dans laquelle est enchâssé un anneau, respectivement 57 et 58, en matériau dur, à faible coefficient de frottement. On pourra employer à cet effet du carbure, de la céramique ou un autre produit similaire. Les surfaces en contact des anneaux 58 et 59 sont parfaitement rectifiées et planes, conditions essentielles de la bonne étanchéité. On constate aussi que la rainure annulaire 8 est plus large que la partie métallique 55 > pour permettre un battement de la bague 6 dans ladite rainure. De même, la partie métallique 56 peut battre entre les épaulements 46 et 47. En fonction de ces battements, il est prévu sur des bagues 6 et 13 des chanfreins 59, 60, 61, 62,63. I1 est aussi prévu un chanfrein 64 sur le flasque 18 et un chanfrein 65 sur la douille 17. Ces chanfreins facilitent le montage et évitent la détérioration des joints toriques. Les anneaux tels que 58 ou 57, sont sertis dans des parties métalliques telles que 56, 55 par une patte 66 qui se rabat sur eux. Pour empecher la rotation de l'anneau 58 par rapport à la partie 56, on prévoit des saignées dans l'anneau 58 dans lesquelles s'engagent des ressauts 67 emboutis dans la patte 66 de la partie 56 de la bague 13, ce qui améliore l'enchâssement de l'anneau 58 dans la partie 56. REVENDICATIONS 10/ Perfectionnements aux garnitures d'étanchéité à frottement latéral entre un arbre traversant une paroi, l'arbre et la paroi tournant l'un par rapport à 1'autre, le frottement se réalisant entre deux bagues, l'une solidaire en rotation, de la paroi, suivant des surfaces planes annulaires perpendiculaires à l'axe de l'arbre, lesdites surfaces étant appliquées constamment l'une contre l'autre par des moyens élastiques exer chant un effort axial, des moyens d'étanchéité étant prévus entre chaque bague et l'élément dont elle est solidaire pour éviter les fuites dans les deux sens, les deux bagues étant placées chacune dans une chambre annulaire à parois cylindriques coaxiales à 1'arbre, présentant au moins un joint d'étanchéité avec la bague correspondante, et présentant au fond, un siège élastique d'appui de la bague correspondante, l'un des deux sièges élastiques présentant des moyens à forte élasticité, tels que des ressorts, repoussant constamment la bague correspondante vers l'autre, des moyens étant prévus pour rendre parfaitement concentrique les deux parois cylindriques des chambres annulaires où sont logées les bagues, la bague solidaire de l'arbre étant solidaire d'un collier calé sur l'arbre, c a r a c t é r i s é s par la combinaison de a) deux bagues de frottement composites, c'est-à-dire présentant un anneau à surface de frottement en matériau résistant à la friction, à l'usure et ayant un faible coefficient de frot ment, ledit anneau étant enchâssé dans une bague métallique, b) avec le rait que ltune de ces bagues de frottement, au moins, est libre de jouer légèrement dana le plan radial de la surface de frottement, les joints d'étanchéité la concernant étant alors prévus pour conserver leur efficacité malgré ce mouvement la stabilisant en dépit des vibrations éventuelles de l'arbre, cette stabilisation étant améliorée par l'action directe de rappel des ressorts de poussée axiale, sans anneau intermédiaire, la bague de frottement relative à 1 'arbre étant soutenue par un collier serré sur l'arbre de manière à éviter toute excentration. 20/ Garniture, telle que définie dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é e par le fait que l'anneau à surface de frottement en matière résistant à la friction, à l'usure et ayant un faible coefficient de frottement, présente, de place en place, des saignées dans lesquelles s'engagent des ressauts emboutis de la partie métallique de la bague > ressauts qui améliorent ltenchâssement de la partie frottante de l'anneau dans une autre partie métallique. 30/ Garniture, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que la bague de frottement solidaire de la paroi est retenue, en rotation, par des ergots solidaires du flasque extérieur et s'engageant chacun dans un trou de la bague nettement plus grand que lesdits ergots. 4 / Garniture d'étanchéité, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendications 1, 2 ou 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que les bagues de frottement présentent un chanfrein important sur les arêtes contigus aux surfaces cylindriques où s'appuient les joints d'étanchéité, ce chanfrein étant prévu pour que la bague puisse s'insérer facilement à l'intérieur du joint, sans le détériorer, quand on glisse axialement ladite bague par rapport au joint. 50/ Garniture d'étanchéité, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendications 1, 2 ou 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que les ressorts de poussée axiale sont logés dans des alvéoles du flasque extérieur, et qu'ils sont précomprimés entre le fond desdits alvéoles et l'é- paulement relatif à la chambre annulaire où est logée la bague relative à la paroi. 60/ Garniture d'étanchéité, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendications précédentes, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que le collier de soutien de la bague de frottement solidaire de l'arbre est constitué par un anneau cylindrique ayant un trou central, du diamètre de l'arbre, ledit anneau étant fendu partiellement radial ment perpendiculairement à l'axe, en deux partiels, l'une de ces parties étant fendues radialement parallèlement à l'axe et comportant un moyen de serrage, à la manière d'un collier, l'autre de ces parties présentant, sur sa face latérale extérieure, une rainure annulaire recevant la bague de frottement correspondante, avec des joints d'étanchéité habituels. 70/ Garniture, telle que définie dans la revendication 6, c a r a c t é r i s é e par le fait que le moyen de serrage du collier est constitué par une vis qui est convenablement disposée pour assurer l'équilibrage dynamique du collier de soutien, une butée agissant dans le sens axial étant prévue entre les deux parties du collier, au voisinage de la vis, pour éviter un rapprochement excessif des deux parties du collier, lors du montage et du démontage, rapprochement pouvant déterminer un coincement de l'ensemble du collier. 80/ Garniture, telle que définie dans la revendication 7 > c a r a c t é r i s é e par le fait que la butée est assurée par la tête de vis elle-meme.