Brevet FR2454569A1 — publié le 19801114

L'invention est relative aux joints destinés à assurer une étanchéité entre deux éléments de révolution coaxiaux dont l'un est entrante en rotation par rapport à Itautre, lequel sera considéré comme fixe dans ce qui suit bien qu'il puisse, dans certains cas, etre entraîné en rotation à une vitesse différente de celle à laquelle est entrainé de premier élément, appelé ci-après l'élément rotatif. Elle a pour but de rendre ces joints tels qu'ils répondent mieux que jusqu a ce jour aux diverses exigences de la pratique, notamment en ce qu' ils présentent un encombrement axial particulièrement faible et en ce qu'ils développent automatiquement une pression d'étanchéité d'autant plus élevée que l'élément rotatif tourne plus vite. Les joints d'étanchéité du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent une poche annulaire déformable , plate axialement et allongée radialement, délimitée d'une part intérieurement, extérieurement et selon l'une de ses deux faces transversales par des cloisons rigides solidarisables avec ltélément rotatif et d'autre part, selon son autre face transversale, par une membrane élastiquement flexible applicable axialement contre une piste annulaire portée par L'éliment fixe, ladite poche étant remplie d'un fluide, de préférence inco"- pressible,au moins lors du travail du joint de façon telle qu'alors la force centrifuge appliquée sur ledit fluide par la rotation de l'élément rotatif ait tendance à provoquer une dilatation axiale de la poche et applique donc axialement une zone annulaire de la membrane contre la piste. Dans des modes de réalisation préférés, l'on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la dimension radiale de la poche est plusieurs fois supérieure à sa dimension axiale, - les trois cloisons rigides de la poche sont constituées par une même coquille annulaire présentant en demi-coupe axiale la forme d'un C qui embrasse la membrane flexible, - la zone annulaire, de la membrane flexible, destinée à être appliquée contre la piste fixe est revêtue par un grain de frottement annulaire adhéré contre cette membrane ou solidarisé avec elle an- gulairement par coopération de couronnes crantées complémentaires et axialement par coopération de portées annulaires complémentaires dont une est constituée par une lèvre élastiquement flexible de la membrane, - le fluide remplissant la poche est un liquide, - ce liquide est celui vis-à-vis duquel on désire assurer l'étan chéité et des lumières sont pratiquées soit dans la membrane, soit dans une cloison rigide de la poche de façon telle que cette poche soit remplie automatiquement par ledit liquide, lors de ses rotations, à travers ces lumières, - le fluide remplissant la poche est constitué par un amas de petites billes, notamment en verre, - le joint est dédoublé en ce sens qu'il comprend axialement, de part et d'autre de sa cloison rigide, deux poches annulaires déformables du type ci-dessus propres à travailler axialement selon deux sens opposés, - la poche est montée sur la bague mobile d'un roulement et la piste est montée sur la bague fixe de ce roulement, - dans un joint du genre ci-dessus, de préférence établi selon l'alinéa précédent, la piste est initialement rendue solidaire de la poche par une lèvre annulaire prolongeant la membrane, lèvre dont une portion amincie axialement est facile à sectionner après montage d'une part, de la poche sur l'élément mobile et d'autre part de la piste sur l'élément fixe. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ciauprès. Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre en demi-coupe axiale un joint d'étanchéité établi conformément à l'invention. La figure 2 montre semblablement un tel joint double, également conforme à l'invention. La figure 3 montre, encore en demi-coupe axiale, une autre variante de joint selon l'invention lors de son montage sur un roulement à billes. Le joint de la figure 1 est destiné à assurer l'étanchéité entre deux éléments de révolution coaxiaux, dont l'un 1, est extérieur et fixe alors que l'autre, 2, est intérieur et entraîné en rotation autour de l'axe commun aux deux éléments. Ce joint comprend une poche annulaire 3 relativement wallon gée radialement et plate axialement, son volume intérieur présentant une dimension radiale largement supérieure- à sa dimension axiale, par exemple de deux à dix fois supérieure. Cette poche 3 est délimitée intérieurement, extérieurement, et selon une de ses deux faces transversales, par des cloisons rigides 4, 5 et 6. La seconde face transversale de ladite poche 3 est constituée par une membrane étanche annulaire 8 élastiquement flexible, qui est sertie ou collée le long de ses deux bords intérieur et extérieur sur les cloisons rigides adjacentes 4 et 5. Dans le mode de réalisation préféré illustré, les trois cloisons rigides 4, 5 et 6 sont formées par une seule et meme coquille annulaire 7 présentant en demi-coupe axiale la forme générale d'un C étiré verticalement et embrassant la membrane 5. La cloison intérieure 4 est prolongée axialement par une virole 9 propre à etre fixée, notamment par emmanchement à force, sur l'élément rotatif a et la membrane 8 comporte en sa zone médiane un bourrelet annulaire 10 dont le sommet est propre à s'appliquer élastiquement contre une piste annulaire transversale 11 prévue sur l'élément fixe 1. Bien que l'application axiale de ce sommet contre la piste 11 puisse etre assurée directement (voir plus loin), on l'assure ici par l'intermédiaire d'un grain de frottement annulaire 12 rapporté sur la membrane. Ce grain est constitué en un matériau à bas coefficient de frottement et bonne résistance à l'usure. La solidarisation entre ledit grain et la membrane peut être effectuée de toute façon désirable, notamment par adhérisatioe sur cette membrane lors de la fabrication de cette dernière, ou par collage, ou encore par simple juxtaposition axiale, la liaison entre grain et membrane étant alors assurée angulairement par coopération de couronnes crantées complémentaires et axialement par co-opération de portées annulaires, l'une de ces portées étant avantageusement constituée par une lèvre élastiquement flexible de la membrane , La poche est remplie, au moins lors du travail du joint, par un fluide L relativement dense ou analogue. Ce fluide est avantageusement un liquide tel que de l'eau ou de l'huile. Dans un mode de réalisation préféré, ledit liquide est ce lui même vis-à-vis duquel on désire assurer l'étanchéité à l'aide du joint considéré : dans ce cas l'on évide des lumières 13 dans l'une quelconque des cloisons délimitant la poche de façon à assurer automatiquement le remplissage désiré de cette poche à travers ces lumières au moins lors des rotations de ladite poche. Selon une autre variante qui peut être avantageuse dans certains cas, le fluide est constitué par un amas de billes de très petit diamètre, notamment inférieur à 1 mn, par exemple en verre, ces billes pouvant être "mouillées" par une faible addition d'huile ou autre liquide : dans ce cas, la poche est étanche. Le fonctionnement du joint ainsi défini est le suivant. Au repos, et lorsque l'élément 2 ne tourne pas, la poche 3 est détendue et son bourrelet 10, avec le grain 12 qui le revêt, est appliqué élastiquement contre la piste 11 sous une légère pression statique due à la résistance élastique de la membrane 8 à la flexion : la membrane 8 est en effet prévue de manière à engendrer cette légère pression statique après son montage. Quand l'élément 2 se met à tourner, la force centrifuge chasse radialement le fluide L vers les zones intérieures de plus grand diamètre de la poche 3, et comme les déformations de cette poche sont limitées extérieurement par la cloison rigide 5, ce refoulement du fluide L se traduit par un gonflement axial de la membrane 8, lequel appuie axialement le grain 12 contre la piste 11. La force de cet appui est d'autant plus élevée que la vitesse de rotation de l'élément 2 et de la poche 3 est elle-meme plus élevée, ce qui constitue un avantage important de l'invention, car c'est précisément lorsque cette vitesse de rotation est la plw élevée que le liquide vis-à-vis duquel on désire assurer la'étant chéité a le plus tendance à s'échapper entre le grain 12 et la piste 11. Quand la vitesse de l'élément 2 décroit, la pression exercée axialement par le grain 12 contre la piste 11 décroit également et l'ensemble du joint revient en son état initial quand ladite vitesse s'est annulée. Sur les variantes de joints illustrées sur les figures 2 et 3, les références identiques aux précédentes ont les mêmes significations que précédemment. La variante de la figure 2 diffère essentiellement de celle de la figure 1 en ce que le joint est ici dédoublé, deux poches déformables 3 etant prévues axialement de part et d'autre d'une même cloison transversale rigide 6' commune aux deux poches. Cette cloison commune 6' peut etre considérée comme l'âme d'un profilé en double T enroulé extérieurement autour de-l'axe du joint, profilé dont les deux semelles 4' et 5' constituent respectivement les cloisons intérieure et extérieure des deux poches 3. L'élément mobile 2', sur lequel est fixée la semelle 4' de plus petit diamètre, est ici un arbre rotatif et les bourrelets 10 des deux poches s'appliquent axialement selon deux sens opposés contre respectivement deux pistes transversales 11 appartenant à deux carters fixes distincts ou formant elles-mêmes les deux faces transversales, axialement en regard l'une de l'autre, d'une même gorge annulaire 2 ouverte vers l'intérieur. Dans cette variante de la figure 2, les applications axiales entre les bourrelets 10 des membranes 8 et les pistes- 11 sont effectuées directement et non pas par l'intermédiaire de grains de frottement, la substance constitutive de ces membranes et bourrelets étant choisie suffisamment résistante à l'usure. De plus la résistance aux deformations axiales de la membrane 8 de gauche est renforcée par deux rondelles rigides concentriques 14 et 15 épaulant respectivement ses bords intérieur et extérieur. Le rôle de renfort de ces rondelles est assuré pour la membrane 8 de droite par des rabats prolongeant radialement les semelles 4' et 5', mais une telle formule ne serait pas applicable des deux côtés du joint, vu les exigences posées par le montage des membranes entre les deux semelles. L'âme centrale 6' peut être au besoin ajourée en 16 pour faire communiquer les volumes intérieurs des deux poches 3. Vu leur très faible encombrement axial, les joints d'étanchéité annulaires simples du genre défini ci-dessus se prêtent particulièrement bien à leur montage latéral sur des roulements. Un tel montage a été illustré sur la figure 3. Les éléments fixe et rotatif entre lesquels le joint selon cette figure 3 doit assurer l'étanchéité sont la bague extérieure 17 et la bague intérieure 18 d'un roulement à billes 19-guidées par une cage 20. La zone de plus grand diamètre de la membrane 8 est prolongée extérieurement par une lèvre annulaire 21 présentant un col 22 rétréci selon la direction axiale et facilement sectionnable par déplacement axial d'un couteau circulaire 23. Cette lèvre 21 coiffe avec extension élastique un disque 24 présentant en regard du bourrelet 10 une face transversale susceptible de constituer piste de glissement pour ce bourrelet. Le montage de -l'ensemble sur le roulement est assuré par un déplacement axial de cet ensemble par rapport au roulement. Au cours de ce déplacement, le bord 25 de plus petit diamètre, avantageusement replié en S, de la cloison annulaire intérieure rigide 4 de la poche 3 est emmanché à force sur la face cylindrique externe de la bague intérieure 18, ce qui écrase un rebord annulaire 26 coiffant ce bord 25 avec une légère extension élastique et prolongeant le bord de plus petit diamètre de la membrane 8. En même temps, c'est-à-dire au cours du même déplacement axial, la lèvre 21 est emmanchée à force dans une gorge annulaire 27 évidée dans la bague extérieure 17 du roulement, ce qui solidarise le disque 24 avec cette bague. Il suffit alors de sectionner le col 22 à l'aide du couteau circulaire 23 pour séparer les deux éléments complémentaires du joint et permettre au disque 24 de jouer son rôle de piste de glissement pour le bourrelet 20 dès que la bague 18 se met à tourner en entraînant ce bourrelet. Cette formule présente les avantages de rendre inutile la prévision d'une piste de glissement spéciale sur le roulement et de simplifier considérablement les stockages, manipulations et montages : l'ensemble du joint, y compris sa piste de glissement, se présente en effet avant montage sous la forme d'une pièce unique et son montage sur le roulement ne fait intervenir qu'un déplacement axial suivi du sectionnement du col. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un joint d'étanchéité dont la constitution, le fonctionnement et les avantages - en particulier le faible encombrement axial et l'efficacité due au réglage automate que de la pression de frottement en fonction de la vitesse - résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Joint pour assurer une étanchéité entre deux éléments de révolution coaxiaux, dont l'un est rotatif et l'autre fixe, caractérisé en ce qutil comporte une poche annulaire déformable (3), plate axialement et allongée radialement, délimitée d'une part intérieurement, extérieurement et selon l'une de ses deux faces transversales par des cloisons rigides (4,5,6) solidarisables avec l'élément rotatif (2) et d'autre part, selon son autre face transversale, par une membrane élastiquement flexible (8) applicable axialement contre une piste annulaire (11) portée par l'élément fixe (1), ladite poche étant remplie d'un fluide de préférence inrorroressible (L) au moins lors du travail du joint de façon telle qu'alors, la force centrifuge appliquée sur ledit-fluide par la rotation de l'é- lément rotatif ait tendance à provoquer une dilatation axiale de la poche et applique donc axialement une zone annulaire de la membrane contre la piste. 2. Joint-d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension radiale de la poche (3) est plusieurs fois supérieure à sa dimension axiale. 3. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les trois cloisons rigides de la poche sdnt constituées par une même coquille annulaire Q7) présentant en demi-coupe axiale la forme d'un C qui embrasse la membrane flexible. 4. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone annulaire,de la membrane flexible (8), destinée à être appliquée contre la piste fixe (11) est revêtue par un grain de frottement annulaire (12) adhéré contre cette membrane ou solidarisé avec elle angulairement par coopération de couronnes crantées complémentaires et axialement par coopération de portées annulaires complémentaires dont une est constituée par une lèvre élastiquement flexible de l'armature. 5. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide remplissant la poche est un liquide (L). 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liquide (L) est celui vis-à-vis duquel on désire as su rer l'étanchéité et en ce que des lumières (13) sont pratiquées soit dans la membrane, soit dans une cloison rigide de la poche de fa çon telle que cette poche soit remplie automatiquement par ledit liquide, lors de ses rotations, à travers ces lumières. 7. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide remplissant la poche est constitué par un amas de petites billes, notamment en verre. 8. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint est dédoublé en ce sens qu'il comprend axialement, de part et d'autre de sa cloison rigide, deux poches annulaires déformables du type ci-dessus propres à travailler axialement selon deux sens opposés (figure 2). 9. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poche est montée sur la bague mobile (18) d'un roulement et la piste est montée sur la bague fixe (17) de ce roulement. 10. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, de préférence selon la revendication 9, caractérisé en ce que la piste (24) est initialement renduesolidaire de la poche par une lèvre annulaire (21) prolongeant la membrane (8), lèvre dont une portion amincie axialement (22) est facile à sectionner après montage d'une part, de la poche sur l'élément mobile et d'autre part de la piste sur l'élément fixe.