Brevet FR2459927A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne un joint d'étanchéité à glissement frontal du type comportant un boîtier cylindrique en tôle d'acier ayant une extrémité ouverte et un fond annulaire à son autre extrémité, un anneau d'étanchéité rigide dont une face réalise un contact glissant étanche, cet anneau étant mobile axialement, mais non en rotation, dans ledit boîtier et étant dans une position voisine de ladite extrémité ouverte, un élément annulaire creux en un matériau élastomère constituant un joint étanche entre ledit anneau et le fond du boîtier, et un ressort hélicoïdal coaxial à l'anneau et audit élément annulaire, ce ressort étant disposé dans le boîtier pour presser élastiquement l'anneau vers ladite extrémité ouverte. Des joints du type susmentionné sont notamment appliqués entre le moyeu du rotor et le corps ou carter de pompes de circulation d'eau de refroidissement de véhicules automobiles. Dans ce cas, le joint entoure l'arbre du rotor, et l'anneau est en contact étanche avec une surface frontale du moyeu sous l'effet de la poussée du ressort hélicoïdal. Dans les joints connus du type susmentionné, l'élément annu- laire en matière élastomère a la forme d'un soufflet circulaire ayant des bords en forme de bride tournée vers l'intérieur, et le ressort hélicoidal est enfermé dans le soufflet pour appliquer sa réaction contre lesdits bords en forme de bride. Pour cette raison, le pressage de l'élément annulaire élastomère et l'assemblage du joint sont tous deux difficiles et délicats. De plus, il est très fréquemment néces- saire que le soufflet soit muni d'éléments de renforcement internes, par exemple de godets en acier engagés télescopiquement l'un dans l'autre, ce qui, là encore, rend la fabrication difficile et onéreuse. La présente invention a pour objet un joint du type mentionné au début, caractérisé principalement en ce que a. l'élément annulaire en matériau élastomère est constitué par un ressort en cloche n'ayant aucune partie en contre-dépouille et travaillant en compression axiale entre ledit anneau et le fond du boîtier; b. le bord libre du ressort en cloche est en contact circon- férentiel étanche avec la zone de raccordement entre ledit fond et la paroi latérale du boîtier; 24S9927 c. la paroi en cloche du ressort en cloche est convexe et sa convexité est tournée vers la paroi latérale du boîtier, de sorte que la zone de son contact étanche avec la paroi latérale du boîtier augmente progressivement en même temps que la compression du ressort en cloche. Comme le ressort en cloche ne comporte aucune partie en contre-dépouille, il en résulte que son moulage est simple et que ses surfaces d'étanchéité ne risquent pas d'être endommagées pendant sa confection. De plus, l'assemblage du joint ne présente plus ni diffi- culté, ni risque d'endommagement du composant. En outre, au contraire des simples soufflets, le ressort en cloche est robuste et ne requiert pas d'éléments supplémentaires pour le renforcement et le centrage. De plus, lorsque le joint est monté, par exemple dans une pompe de circu- lation du type évoqué, la pression du moyeu contre l'anneau provoque la compression axiale de la cloche, ce qui accroît automatiquement le contact d'étanchéité entre la cloche et le boîtier du joint. D'autres caractéristiques et avantages du joint selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite en se référant aux dessins annexés, fournis à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels: - - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une forme de réalisation du joint; - la figure 2 est une vue en plan selon la ligne II-II de la figure 1; et - la figure 3 représente le joint monté dans une pompe à eau. Sur les dessins, la référence 10 désigne un boîtier cylin- drique circulaire en acier ayant un fond annulaire 12, dont le bord intérieur forme une lèvre 12' dirigée vers l'intérieur du boîtier. L'anneau d'étanchéité frontale, repéré par la référence 14, est en une matière convenant pour constituer un joint glissant,.par exemple en graphite. Il est disposé dans le boîtier 10 près de l'extrémité ouverte de celui-ci. L'anneau 14 comporte, de façon connue, une face polie d'étanchéité et de glissement 14' et une face arrière polie 14", parallèle à la face 14'. L'anneau 14 comporte en outre, sur sa péri- phérie, trois encoches 14a situées à cent vingt degrés l'une de l'autre, dans lesquelles s'engagent trois bossages IOA formés dans la paroi latérale 10' du boîtier, de sorte que l'anneau 14 peut coulisser axialement dans le boîtier, mais est empêché de tourner par rapport à celui-ci, conformément à l'art antérieur connu. La référence 16 désigne un ressort en cloche circulaire, en caoutchouc ou tout autre matière élastomère appropriée, qui est inter- posé entre l'anneau 14 et le fond 12 du bottier, l'intérieur de sa cavité faisant face à ce fond. Ce ressort en cloche comporte une paroi 16A en forme de cloche ne comportant aucune partie en contre- dépouille, cette paroi partant d'une base annulaire 16B adjacente à l'anneau 14. La face de la base 16B en contact avec l'anneau comporte une pluralité de nervures concentriques 16' qui, en service, sont en contact étanche avec la face 14" de l'anneau. En variante, si on le désire, la base 16B du ressort en cloche peut être collée ou vulca- nisée sur l'anneau, selon ce qui est le plus commode. Le diamètre maximal de la paroi en cloche 16A correspond sensiblement au diamètre intérieur du boîtier 10, de sorte que le ressort en cloche est centré dans ce boîtier par le fait que son bord libre 16" s'engage, lorsqu'il est monté, dans la région 12" de raccordement entre le fond 12 et la paroi latérale 10' du boîtier. De préférence, ce bord 16" possède une section droite arrondie et comporte, intérieu- rement, un fil 17 de renforcement de sa bordure, par exemple un anneau en fil d'acier. La paroi 16A de la cloche présente une légère convexité orientée vers la paroi latérale 10' du boîtier, et son épaisseur est calculée de façon (connue en soi) qu'elle travaille en compression axiale et non pas comme un soufflet dont les parois travaillent en flexion. Entre la base 16B du ressort en cloche et le fond 12, est interposé un ressort hélicoïdal 18 maintenu centré par la lèvre 12'. Dans -la condition de montage représentée sur la figure 1, l'anneau 14 est retenu dans le bottier 10 par trois pattes 20 formées par poinçonnage du bord libre du boîtier. Ces pattes retiennent l'anneau à un niveau tel que le ressort en cloche 16 et le ressort hélicoïdal 18 soient légèrement précomprimés contre le fond 12 du boîtier par l'anneau 14. Ceci établit un contact étanche initial à la fois entre les nervures 16' et l'anneau 14, et entre le bord 16" de la paroi en cloche 16A et le boîtier 10, de sorte qu'une éventuelle intrusion de particules Etrangères dans l'intérieur du boîtier, après assemblage, ne peut pas compromettre le joint étanche ainsi formé lorsqu'il est en service. Sur la figure 3, est représenté le rotor 22 d'une pompe de circulation comportant un moyeu 24 et un arbre d'entraînement 26. Ce dernier s'étend vers l'extérieur, au travers d'un alésage circulaire 28 aménagé dans le corps ou carter 30 de la pompe, et est supporté de façon connue par un roulement ou palier (non représenté) monté dans cet alésage. L'alésage 28 est élargi du côté situé en face du rotor pour former un siège circulaire 28A dans lequel le boîtier 10 du joint, selon la figure 1,est forcé d'une façon créant l'étanchéité. Le moyeu 24 comporte, en face du joint, une face annulaire polie 24' qui, dans les conditions de fonctionnement représentées, est en contact de glissement étanche avec la face 14' de l'anneau 14. Lorsque, lors de l'assemblage, l'arbre 26 est inséré au travers du joint (vers le fond dans le cas de la figure 3) pour être amené à sa position finale repré- sentée, la face 24' du moyeu 24 presse l'anneau 14 vers l'intérieur du bottier 10, produisant ainsi une compression axiale du ressort héli- cordal 18 et de la paroi en cloche 16A du ressort en cloche 16. Au cours de la suite de la compression, la paroi en cloche 16A gonfle et s'élargit progressivement, de sorte que la surface périphérique de son contact étanche avec la partie 10' du bottier 10 augmente progressi- vement jusqu'au degré désiré. De préférence, une nervure circulaire interne 12A est formée en bossage dans le fond 12 du bottier 10 et s'applique étroitement contre l'intérieur du bord 16" de la paroi en cloche 16A, afin d'améliorer l'étanchéité dans la région de raccor- dement 12" précitée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite, de nombreuxperfectionnements et modifications étant possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité à glissement frontal du type compor- tant un boîtier cylindrique en tôle d'acier ayant une extrémité ouverte et un fond annulaire à son autre extremité, un anneau d'étan- chéité rigide dont une face réalise un contact glissant étanche, cet anneau étant mobile axialement, mais non en rotation, dans ledit bottier et étant dans une position voisine de ladite extrémité ouverte, un élément annulaire creux en un matériau élastomère constituant un joint étanche entre ledit anneau et le fond du boîtier, et un ressort hélicoïdal coaxial à l'anneau et audit élément annulaire, ce ressort étant disposé dans le boîtier pour presser Plastiquement l'anneau vers ladite extrémité ouverte, ce joint étant caractérisé en ce que: a. l'élément annulaire en matériau élastomère est constitué par un ressort en cloche (16) n'ayant aucune partie en contre-dépouille et travaillant en compression axiale entre ledit anneau (14) et le fond du bottier (12); b. le bord libre (16") du ressort en cloche (16) est en contact circonférentiel étanche avec la zone de raccordement (12'") entre ledit fond (12) et la paroi latérale (10') du bottier (10); c. la paroi en cloche (16A) du ressort en cloche (16) est convexe et sa convexité est tournée vers la paroi latérale (10') du bottier, de sorte que la zone de son contact étanche avec la paroi latérale du boîtier augmente progressivement en même temps que la compression du ressort en cloche. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort en cloche (16) est partiellement précomprimé dans ledit bottier (10). 3. Joint selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la section droite du bord libre (16") de la cloche est arrondie. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bord intérieur du fond du boîtier (12) comporte une lèvre (12') tournée vers l'intérieur du boîtier (10), cette lèvre servant d'organe de centrage du ressort hélicoïdal (18). 5. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fond du boîtier (12) comporte une nervure intérieure (12A) qui s'applique étroitement contre le côté intérieur du bord libre (16") de la cloche.