Brevet FR2411344A1 — publié le 19790706

La présente invention concerne les joints mécaniques rotatifs destinés à des organes tournant ltun par rapport à l'autre (par exemple un arbre menant traversant la paroid'un carter de pompe),du type comportant deux éléments coopérant-ensemble qui sont poussés au contact l'un de l'autre par un organe élastique.L'un des deux éléments doit être mobile axialemht, étant donné qu'il est poussé élastiquement vers l'autre élément, et cet élément mobile axialement doit être relié de façon étanche à l'organe (par exemple un carter ou un arbre) avec lequel il est associé, l'organe destiné à assurer cette liaison étanche devant cependant être du type à faible coefficient de frottement afin que le ou les organes élastiques puissent surmonter facilement la résistance par frottement opposée par cet organe, que ce soit avec ou sans l'assistance de forces hydrauliques ou pneumatiques. Par exemple, lorsque l'élément mobile axialement est monté sur un arbre, il est courant d'utiliser une bague torique ou cunéiforme ou bien parfois un soufflet pour assurer son étanchéité vis-à-vis de l'arbre. Dans les joints mécaniques rotatifs connus du type décrit utilisant des bagues cunéiformes, appelées couramment éléments flexibles, une force axiale imposée à l'élément du joint est transmise par l'intermédiaire de l'élément flexible de façon à pousser celui-ci (en raison de sa configuration cunéiforme) en contact étanche intime avec l'arbre. De telles bagues sont souvent en polytétrafluoréthylène à cause de son faible coefficient de frottement et de sa bonne résistance à une attaque chimique. Le polytétrafluoréthylène a l'inconvénient d'être sujet au fluage et cette tendance augmente avec la température et la pression. I1 est connu d'armer le polytétrafluoréthylène avec du verre, du carbone ou même, dans certains cas particuliers, avec de I'-amiante, mais bien que l'armature atténue le fluage, elle accroît le coefficient de frottement et, dans le cas de l'amiante, elle réduit son champ d'application. I1 est également connu de réaliser de telles ba gues en graphite pur qui donne satisfaction du point de vue frottement mais est fragile. L'invention a pour objet de réaliser un élément d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité d'un élément de joint mobile axialement par rapport à l'organe associé, sans qu'il soit entravé par les limitations des éléments d'étanchéité existant, et qui peut être réalisé sous des formes convenant pour des joints nouveaux aussi bien que pour les joints existants. Selon ses caractéristiques essentielles, la présente invention concerne un élément destiné à assurer l'étanchéité d'un élément mobile axialement d'un joint mécanique rotatif par rapport à un organe associé, qui comporte un corps annulaire en graphite ou autre matière contenant principalement du carbone ayant une section en U ou en C entourant une âme annulaire de support. Le graphite pur convient particulièrement bien du fait qu'il présente un faible coefficient de frottement par rapport à des surfaces métalliques telles que l'acier, qu'il résiste à la plupart des substances chimiques ainsi qu'à une déformation aux températures élevées et qu'il est sensiblement non toxique. Cependant, au lieu d'utiliser le graphite pur, il est possible de le mélanger avec des additifs. En particulier, la Demanderesse a incorporé de la pou q dre de zinc ou une autre matière électropositive vis-à-vis du fer afin d'assurer une protection réactive de l'acier inoxydable ou autres composants ferreux du joint. I1 est possible de réaliser toute configuration voulue par enroulage ou moulage en utilisant une feuille, un ruban, des morceaux broyés ou de la poudre à base de graphite. La matière peut être sous une forme pouvant subir une déformation plastique ou élastique ou les deux. Il est préférable qu'elle soit sous la forme d'un corps de graphite particulaire comprimé. Il est également possible d'utiliser un corps constitué de fibres de carbone. Le graphite a l'avantage de ne pas être affecté par une exposition à liteau froide et, par la suite, à une température élevée. Ceci permet de l'utiliser par exemple dans une pompe qui est contrôlée en utilisant de l'eau mais qui est utilisée par la suite dans de l'huile chaude. 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 d'un joint mécanique rotatif d'un arbre de pompe, suivant le plan ail de l'arbre, ne montrant qu'une moitié de ce dernier et du; oint la figure 2 est une vue à grande échelle de la partie de la figue 1 montrant le joint la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 montrant une variante ; la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 montrant une autre variante ; et la figure 5 est une vue analogue à la figure 2 représentant une variante supplémentaire. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures l et 2, un arbre 1 est monté de façon étanche dans un carter 2 d'une pompe par un joint mécanique rotatif 3. Ce dernier comporte un élément principal mobile axialement 4 supporté par l'arbre 1 et poussé axialement au contact d'un élément fixe d'appui 5 qui est assujetti au carter 2. L'élément 4 présente une partit arrière ou queue 6 présentant une face interne inclinée 7 délimitant un intervalle cunéiforme avec l'arbre 1. Une bague d'étanchéité 8 est placée dans l'intervalle et assure l'étanchéité de l'é- lément 4 par rapport à l'arbre. La bague d'étanchéité 8 est poussée en contact étanche avec la face 7 de l'élément 4 et avec l'arbre l par un ressort 9. Celui-ci agit par l'intermédiaire de la bague d'étanchéité 8 pour pousser l'élément 4 au contact de l'élément d'appui 5. Le ressort 9 est monté dans un alésage lU d'un organe de retenue li fixé à l'arbre l par des vis sans tête 12 et ayant pour fonction de positionner l'élément 4. Comme on le voit plus en détail sur la figure 2, la bague d'étanchéité 8 comporte un élément 3 en forme de C, avantageusement en graphite ou en toute matière conte nant principalement du carbone, moulé autour d'une âme mé -tallique 14 qui comporte une bride 15 contre laquelle s'ap plique la poussée du ressort 9. La surface de l'élémùnt 13 en graphite forme un joint avec l'arbre 1 et avec la surface interne inclinée 7 de la queue 6, alors que le frottement est très faible et, au fur et à mesure que l'élément 4 s'use, le ressort 9 peut faire avancer ledit élément tout en maintenant le contact étanche avec-l'arbre 1. La figure 3 représente une variante de la bague d'étanchéité 8 dans laquelle un élément 16 en graphite en forme de C est moulé autour d'une bague torique ou ressort jarretière 17,et le ressort 9 agit sur la bague 8 par l1in- termédiaire d'une bague de poussée séparée lB s'appuyant contre l'extérieur de l'élément en graphite 16. La.construc- tion et le fonctionnement sont par ailleurs identiques à ceux de la forme de réalisation des figures 1 et 2. La figure 4 représente une autre variante dans laquelle la bague d'étanchéité 8 comporte également un élément 16 en graphite profilé en C moulé autour d'une bague torique ou d'un ressort jarretière 17, et la bague de poussée 18 comporte une bride de butée 19 qui est en contact avec la bague torique ou le ressort jarretière 17 en passant à travers l'intervalle formé entre les extrémités de l'élément en graphite 16. La forme de réalisation de la figure 5 est analogue à celle de la figure 4, excepté que l'élément 5 du joint présente une face 7 ayant un profil curviligne au lieu d'une face inclinée. Il convient de noter que l'intervalle dont 1'é- tanchéité est assurée par la bague 8 selon la présente invention n'est pas nécessairement de configuration cunéiforme. Il va de soi que le dispositif décrit peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité d'un élément mobile axialement par rapport à un organe associé, comprenant un corps annulaire en graphite ou autre matière contenant principalement du carbone, élément caractérisé en ce que le corps (13, 16) a une section en forme de U ou de C et entoure un noyau annulaire de support (14, 17). 2. Elément d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une matière électropositive à l'égard du fer est incorporée sous forme pulvérulente à la matière à base de graphite utilisée pour constituer le corps annulaire. 3. Elément d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps annulaire se compose de graphite particulaire comprimé. 4. Elément d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps annulaire se compose de fibres de carbone. 5. Elément d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau (14) est en métal. 6. Elément d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le noyau (17) est constitué par une bague torique élastique. 7. Elément d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le noyau (17) est constitué par un ressort jarretière. 8. Elément d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une bride (15 ; 18) agissant sur l'élément d'étanchéité est destinée à former une butée pour un organe élastique (9) qui est destiné à agir par l'intermédiaire de l'élément d'étanchéité pour pousser l'élément mobile axialement (4) du joint au contact d'un élément fixe d'appui (5). 9. Elément d'étanchéité selon les revendications 5 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que la bride (15) est fixée au noyau métallique (14) par l'intermédiaire d'un intervalle ou ouverture ménagée dans le corps annulaire (13). 10. Elément d'étanchéité selon les revendications 6 ou 7 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que la bride (18) comporte une patte de butée (19) qui traverse une ouverture ménagée dans le corps annulaire (16) pour venir au contact de la bague torique ou ressort jarretière (17). 11. Joint mécanique rotatif caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.