Brevet FR2371620A1 — publié le 19780616

L'invention concerne un joint d'étanchéité annulaire glissant pour assurer l'étanchéité entre une pièce de machine fixe et une pièce de machine en rotation, notamment un arbre, le joint étant constitué'par un joint primaire sous forme d'anneau glissant, et par un joint secondaire en forme de soufflet, par un premier élément de ressort, qui précontraint le joint secondaire radialement par rapport à l'anneau glissant, par un deuxième élément de ressort qui pré- contraint le joint secondaire radialement par rapport à la pièce de machine en rotation, et par un elément de ressort intermédiaire exerçant une force de ressort axiale sur le joint secondaire. On connaît des joints d'étanchéité annulaires glissants dans lesquels le premier et le deuxième élément de ressort sont constitués par les spires terminales, et l'élément de ressort intermédiaire par les spires intermédiaires d'un ressort hélicoidal. Pour un sens de rotation donné de l'arbre, le diamètre des spires hélicoSda- les se rétrécit pendant le fonctionnement du fait du couple de frottement, de sorte que le deuxième élément de ressort applique le joint secondaire radialement de façon étanche et rigide en rotation, d'une part, contre l'anneau glissant et, d'autre part, contre l'arbre. De ce fait, une partie du couple de frottement produit entre l'anneau glissant et la contre-surface d'étanchéité de la pièce de machine fixe peut être transmis par action mécanique à la partie de machine en rotation. Mais si le ressort hélicoïdal a un sens d'enroulement des spires opposé au sens de rotation de l'arbre, le diamètre des spires du ressort hélicoidal peut s'accroftre pendant le fonctionnement, de sorte que l'étanchéité entre le joint glissant et le soufflet, ou entre le soufflet et l'arbre, n'est plus assurée de façon parfaite. En outre, la liaison par frottement entre le ressort hélicoS- dal et le soufflet peut être réduite au point que le couple de frottement doit être transmis à l'arbre exclusivement par le soufflet. Dans ce cas, le soufflet est soumis à des efforts de torsion qui réduisent considérablement sa durée de vie. Cet inconvénient peut survenir, par exemple, Si le ressort hélicoidal monté dans le joint d'étanchéité annulaire glissant n'est pas le ressort approprié. Ces joints connus présentent en outre l'inconvénient qu'ils ne peuvent pas être utilisés pour assurer l'étanchéité entre des pièces de machine en rotation, dans lesquelles le sens de rotation varie pendant le fonctionnement. On connais également des joints d'étanchéité annulaires glissants dans lesquels la pression d'application radiale produite par action mécanique du soufflet sur l'arbre, ou sur l'anneau glissant, est produite par des pièces du carter. Ces pièces de carter sont re liées-ensemble de telle sorte qu'il puisse se produire un mouvement relatif axial entre l'anneau glissant et l'arbre, mais qu'en aucun cas l'anneau glissant ne puisse tourner par rapport au joint secondaire ou à l'arbre. Toutefois, la fabrication de tels joints d'étanchéité annulaires glissants entraîne des prix de fabrication considérables. Le but de l'invention est de réaliser un joint d'étanchéité annulaire glissant du type précité, de façon à assurer, indépendamment du sens de rotation de la partie de machine en rotation, une pression d'application radiale suffisamment élevée pour obtenir une étanchéité et une transmission parfaites du couple de frottement survenant entre la pièce de machine et l'anneau glissant. Ge but est atteint conformément à l'invention par le fait que le premier élément de ressort et le deuxième élément de ressort sont des élements distincts de l'élément de ressort intermédiaire, reliés par coopération de formes avec ce dernier aux fins d'entratnement dans le sens périphérique. En raison de la réalisation conforme à l'invention, l'application radiale du joint secondaire sur l'anneau glissant et l'arbre s'effectue par des pièces individuelles indépendantes du sens de rotation de l'arbre. Etant donné que le couple de frottement à l'intérieur du joint d'étanchéité annulaire glissant est transmis par coopération de formes et non par liaison par frottement, Si l'on emploie notamment un ressort hélicoïdal comme élément de ressort intermédiaire, la réduction ou l'augmentation du diamètre des spires de celui-ci n'a aucune influence sur la force d'application radiale du deuxième élément de ressort. De ce fait, le joint d'étanchéité annulaire glissant peut également être utilisé pour rendre étanches des pieces de machine à sens de rotation alterné.En outre, des erreurs lors du montage du joint d'étanchéité annulaire, ou un sens de rotation anomal de la pièce de machine en rotation ne peuvent pas compromettre la fonction du joint. Gråce à l'invention, une transmission parfaite à l'arbre du couple de frottement estNconstam- ment assurée pendant le fonctionnement. l'application parfaite du deuxième élément de ressort ménage grandement le joint d'étanchéité secondaire qui, pour cette raison, a une longue durée de vie. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à àtitre d'exemple seulement, d'une forme de réalisation d'un joint d'étanchéité annulaire conforme à l'inven tion et représenté sur la figure unique, partiellement en coupe axiale, et partiellement en vue en élévation. Le joint d'étanchéité annulaire glissant est constitué par un joint primaire 9 réalisé sous forme d'anneau glissant, un soufflet 1 assurant l'étanchéité secondaire, un premier élément de ressort 16 entourant le joint secondaire dans la zone de l'anneau glissant 9 et un deuxième élément de ressort 7 qui entoure le joint secondaire dans la zone d'une portion élargie 2. En outre, le joint d'étanchéité annulaire glissant comporte un élément de ressort intermédiaire 18 situé entre le premier et le deuxième élément de ressort. le soufflet 1 est en une matière élastomère et il forme avec sa portion 2 de section transversale plus large que le reste du souf flet une partie de contact pour un arbre 27. la partie de contact 2 a un diamètre intérieur plus petit que le diamètre de l'arbre, de sorte que, lorsque le joint est monté, elle entoure avec -précontrain- te l'arbre 27 par sa surface de contact 3. Par son extrémité 8 oppo sée à la partie de contact 2, le soufflet t est logé dans un évidement 10, 12 en forme d'épaulement de l'anneau glissant 9.L'extrémi té libre 8 du soufflet 1 appuie par sa surface intérieure cylindri que contre une surface d'épaulement 10 orientée axialement et, par sa surface frontale 11, contre une surface d'épaulement orientée ra dialement 12 de l'anneau glissant 9. la surface frontale 11 et la surface frontale 28 du soufflét 1, disposée en vis-à-vis et formée par la partie de contact 2, sont respectivement formées par un rebord annulaire 17 et 4. Les rebords annulaires 17 et 4 se raccordent respectivement par une gorge circulaire 15, 6 en forme de segment de cercle aux parties correspondantes 14 et 5 de la surface latérale du soufflet 1. lés gorges 15 et 6 servent à recevoir respectivement le premier et le deuxième élément de ressort, 16 et 7. Dans la zone des rebords annulaires 17 et 4, les gorges 15 et 6 servent à empocher les éléments de ressort de sortir axialement des évidements. les éléments de ressort 16 et 7 sont de forme semblable et réalisés sous forme d'anneaux-ressorts ouverts en fil rond. L'anneau-ressort ouvert 16 appuie l'extrémité libre 8 du soufflet 1 contre la surface d'épaulement 10 de l'anneau glissant 9 et l'anneauressort 7 appuie la surface de contact 3 de la partie de contact 2 sur l'arbre 27. Grâce à la liaison par action mécanique entre les anneaux-ressorts en fil rond 16 et 7, et l'anneau glissant 9 ainsi que l'arbre 27, une étanchéité parfaite est assurée entre la pièce de machine fixe et la pièce en rotation. tes anneaux-ressorts en fil rond sont des articles fabriqués en série avec lesquels on peut fabriquer les joints d'étanchéité annulaires glissants de façon très économique.Du fait de leur élasticité propre, les anneaux-ressorts peuvent assurer, même pour des tolérances de fabrication très importantes de L'vanneau glissant et de l'arbre, ou des arbres, ayant des diamètres différents, une étanchéité parfaite ainsi qu'une-liaison excellente par frottement entre le joint primaire et le joint secondaire, ou entre le joint secondaire et l'arbre. le soufflet 1 est entouré dans la direction axiale, entre les anneaux-ressorts voisins, par un ressort hélicoidal 18 co-axial à l'axe longitudinal du joint d'étanchéitd annulaire axial, lequel ressort s'appuie contre la surface latérale correspondante 5, 14 du soufflet 1 avec une précontrainte radiale plus faible que celle imposée par les anneaux-ressorts 16 et 7 dans la zone de la partie de contact 2 et de l'anneau glissant 9. Les spires terminales 19 et 20 du ressort hélicoïdal 18 s'appuient dans le sens axial contre les anneaux-ressorts 7, 16 correspondants.Du fait que le ressort héai- cordas appuie axialement contre l'anneau-ressort en fil rond 16, l'anneau glissant 9 est appliqué axialement contre la contre-surface d'étanchéité correspondante d'une pièce de machine fixe non représentée. Les extrémités libres 21 et 22 du ressort 18 sont coudées sensiblement perpendiculairement à ses spires terminales correspondantes 20 et 19. Les extrémités 21 et 22, lorsque le joint est monté, se trouvent dans les fentes 29 qui sont formées entre les surfaces terminales 24 et 25, respectivement 26, en vis-à-vis, de l'anneauressort 16 respectivement, 7 et constituent de cette façon des entraîneurs pendant le fonctionnement pour les anneaux-ressorts.Grâce au ressort 18, le couple de frottement se produisant entre l'anneau glissant et la contre-surface d'étanchéité de la pièce de machine fixe est transmis par le premier élément de ressort constitué par l'anneau-ressort 16 au deuxième élément de ressort en vis-à-vis constitué par l'anneau-ressort 7 et, de- ce fait, à l'arbre 27. Etant donné que l'entrée du couple de frottement dans le ressort 18 et sa sortie du ressort 18 dans l'Pnneau-ressort 7 s'opèrent par coopération de formes, la transmission du couple de frottement peut s'effectuer indépendamment du sens de rotation de l'arbre 27. Pour transmettre le couple de frottement du premier élément de ressort 16 au deuxième élément de ressort 7, la partie d'entrat- ment 21 du ressort 18 s'applique pendant le fonctionnement, par exemple contre la surface de délimitation 24 de la fente 29. Le couple de frottement est alors transmis à la spire terminale 20 du ressort 18 qui s'appuie au moins partiellement contre l'anneau-ressort 16 et, par l'intermédiaire des spires adjacentes 23 du ressort situé à distance de la surface périphérique du soufflet 1, à l'autre spire terminale 19 ; ce couple de frottement est ensuite transmis par l'en- traîneur associé 22 à l'anneau-ressort 7 par l'intermédiaire de la surface terminale associée 26 et, de ce fait, il passe dans la partie de contact 2 du soufflet 1, et dans l'arbre 27.Lorsque l'arbre tourne en sens inverse, le ressort 18 s'applique pendant le fonctionnement par son entraîneur 21 simplement contre l'autre surface terminale 25 de l'anneau-ressort 16 ou, pour transmettre le couple de frottement à l'arbre, il s'applique contre l'autre surface terminale 26 de l'anneau-ressort 7. Les anneaux-ressorts en fil rond 16 et 7 ont un diamètre de section transversale plus grand que les spires 19, 20 et 23 du ressort 18 qui a, de préférence, le même diamètre de fil sur toute sa longueur. Les anneaux-ressorts en fil rond ont une rigidité à la flexion notablement plus forte que celle du ressort 18 et ne peuvent pas s'ouvrir pendant le fonctionnement, ce qui assure une précontrainte uniforme La forme 29 entre les surfaces terminales 24 et 25 de l'anneau-ressort 16, ou la fente entre les surfaces terminales 26 de l'anneau-ressort 7, est légèrement plus grande que le diamètre de la section transversale des extrémités du ressort 18 qui constituent les entraîneurs 21 et 22, de sorte que la fonction des anneaux- ressorts en fil rond 16 et 7 ne peut pas être compromise par le ressort 18. Dans une autre réalisation9 le premier élément de ressort 16 et/ou le deuxième élément de ressort 7 sont réalisés sous forme de disques, de préférence de disques ouverts. R;IVENDIChTIONS 1. Joint d'étanchéité annulaire glissant pour assurer l'étanchéité entre une pièce de machine fixe et une pièce de machine en rotation, notamment un arbre, ce joint étant constitué par un joint primaire en forme d'anneau glissant et par un joint secondaire annulaire en forme de soufflet, par un premier élément de ressort qui précontraint le joint secondaire radialement par rapport à l'anneau glissant, par un deuxième élément de ressort qui précontraint le joint secondaire radialement par rapport à la pièce de machine en rotation, et par un élément de ressort intermédiaire exerçant une force de ressort axiale sur le joint secondaire, lequel élément de ressort intermédiaire s'applique contre le joint secondaire au plus avec une précontrainte radiale plus faible que celle du premier et du deuxième élément de ressort, caractérisé en ce que le premier élément de ressort (16) et le deuxième élément de ressort (7) sont des éléments distincts de l'élément de ressort intermédiaire (18) et reliés par coopération de formes avec ce dernier aux fins d'entratne- ment dans le sens périphérique. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de ressort (16) et/ou le deuxième é3é- ment de ressort (7) sont réalisés sous forme d'anneaux, de préférence d'anneaux-ressorts ouverts en fil rond. 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de ressort (16) et/ou le deuxième élément de ressort (7) sont réalisés sous forme de disques, de préférence de disques ouverts. 4. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications t à 5, caractérisé en ce que 39élément de ressort intermédiaire (8) est réalisé sous forme de ressort hélicoXdal. 5. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité, de préférence les deux extrémités (21, 22) du ressort intermédiaire (18), constituent des entraîneurs, orientés pratiquement axialement, pour le premier et/ou le deuxième élément de ressort (16 et 7). 6. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités libres (21, 22) de l'élément de ressort intermédiaire (18) sont situées entre les extrémités en vis-à-vis dans le sens pér7phérique (24 et 25, 26) du premier élément de ressort et/ou du deuxième élément de ressort (16, 7). 7. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et le deuxième élément de ressort (16 et 7) ont une rigidité à la flexion supérieure à celle de l'élément de ressort intermédiaire (18). 8. -Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le~premier et le deuxième élément de ressort (16 et 7) sont maintenus respectivement dans le joint secondaire (1) sans pouvoir se déplacer axialement. 9. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et le deuxième élément de ressort (16, 7) s'appuient respectivement contre un rebord annulaire (17, 4) constituant les surfaces frontales (28) du joint secondaire (1). 10. Joint d'étanchéité selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre les surfaces terminales se faisant face dans le sens périphérique (24 et 25, 26) du premier et du deuxième élément de ressort (16, 7) est plus grande que le diamètre de la section transversake des extrémités libres (21, 22) du ressort intermédiaire (18).