Brevet FR2456888A1 — publié le 19801212

La présente invention est relative à un dispositif d'étanchéité à effet hydrodynamique utilisable en particulier mais non exclusivement pour assurer grâce à une bague l'étanchéité au fluide notamment l'huile de lubrification, entre un organe tel qu'un arbre rotatif et une enceinte qui l'entoure. Pour décrire l'invention on va se référer dans ce qui suit plus particulièrement à un dispositif d'étanchéité à bague de type radial, c'est-à-dire permettant de réaliser l'étanchéité au niveau d'un arbre rotatif, mais il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle est utilisable notamment avec des bagues de type axial ou de type externe, les bagues dans tous les cas pouvant être réalisées en un élastomère quelconque approprié et être du type uni ou bi-directionnel. Les bagues des dispositifs d'étanchéité selon l'invention comportent généralement un corps annulaire en élastomère, muni habituellement d'une armature interne métallique, ledit corps présentant une lèvre destinée à assurer l'étanchéité, l'arête de la lèvre qui assure le contact d'étanchéité étant de préférence délimitée par deux surfaces adjacentes inclinées l'une par rapport à l'autre. Avantageusement, un ressort circulaire est prévu pour forcer la lèvre d'étanchéité contre la surface de l'organe en regard. On a déjà proposé de conférer à de tels dispositifs une configuration dite "hydrodynamique", formée, par exemple, de nervures, réalisées dans une zone opposée à celle exposée au fluide, soit sur la surface correspondante de la lèvre d'étanchéité de la bague, soit sur la zone en regard de la surface de l'organe au contact de la bague, c 'est-à-dire sur l'arbre tournant ou un alésage recevant la bague. Cette configuration permet de pomper et de refouler vers le côté exposé au fluide, le fluide qui s'échappe en fonctionnement vers le côté opposé. Dans certaines conditions, le film de fluide entre l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de la bague et l'organe en regard peut être interrompu ou supprimé, notamment dans le cas où existent une dépression du côté du fluide, un serrage trop important de la lèvre d'étanchéité ou une mauvaise lubrification. On constate alors des phénomènes d'usure importants, des bruits en fonctionnement, une élévation de température sous l'arrête d'étanchéité et en définitive une durée de vie plus courte de la bague et du mécanisme dans lequel elle est montée. La présente invention se propose de perfectionner les dispositifs d'étanchéité du type décrit ci-dessus en évitant les inconvénients mentionnés. Dans un premier mode de réalisation, le dispositif d'étanchéité selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'il comprend sur la surface de la lèvre d'étanchéité de la bague exposée au fluide une configuration de pompage hydrodynamique sous la forme de stries d'orientation inclinées par rapport à l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de manière à assurer en fonctionnement la présence permanente d'un film de fluide entre l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de la bague et la surface de l'organe en regard. On doit comprendre que la configuration de pompage selon l'invention, réalisée sur la surface exposée au fluide, n'est pas destinée à empêcher les fuites de fluide, comme les configurations de pompage hydrodynamique de l'art antérieur réalisées sur la surface opposée, mais a pour fonction d'assurer en permanence la présence d'un film de fluide sous l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité. La réalisation d'une telle lubrification permanente au niveau de l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité permet de diminuer l'usure de la bague et des pièces tournantes, permet de réduire les températures de fonctionnement et d'accroître la durée de vie de la bague. De plus, l'invention appliquée à une bague radiale permet d'utiliser un arbre rotatif dont l'état de surface, la structure ou le matériau ne conviennent pas ou ne conviennent que très mal à l'utilisation d'une bague d'étanchéité conventionnelle. Selon l'invention, il est avantageux d'associer à la configuration de pompage hydrodynamique sur la surface exposée au fluide selon l'invention une configuration de pompage hydrodynamique conventionnelle, sur la surface opposée, les stries d'orientation sur la surface exposée au fluide étant moins nombreuses que les stries d'orientation sur la surface opposée, de façon à conférer un effet de pompage "côté air", supérieur à l'effet de pompage "côté fluide". Dans une forme particulière de réalisation de bague du dispositif selon l'invention, les stries d'orientation sur la surface exposée au fluide sont sensiblement trois fois moins nombreuses que les stries d'orientation sur la surface opposée, les stries d'orientation sur la surface exposée au fluide étant avantageusement agencées pour, au niveau de l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité, se trouver entre deux stries sur la surface opposée. Les stries d'orientation, tant sur la surface exposée au fluide que sur la surface opposée, sont de préférence inclinées d'un angle d'environ 250 par rapport à l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité. Les stries d'orientation peuvent être des nervures en saillie, ou des rainures en creux, de préférence obtenues directement par moulage, ou en variante obtenues par usinage. Dans le cas de bagues d'étanchéité du type unidirectionnel toutes les stries d'orientation sur une même surface de la lèvre sont orientées dans le même sens, l'effet selon l'invention pouvant également être obtenu dans le cas de bagues d'étanchéité du type bi-directionnel, c'est-à-dire utilisables quel que soit le sens de rotation de l'organe tournant en réalisant sur chacune des surfaces de la lèvre, des stries présentant des orientations bi-directionnelles pour assurer l'effet de pompage hydrodynamique selon l'invention pour les deux sens de rotation de l'organe tournant. Dans un second mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend sur la surface de l'organe en regard de la bague, au moins dans la zone exposée au fluide au voisinage de l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de la bague, une configuration de pompage hydrodynamique sous la forme de stries d'orientation inclinées de manière à assurer en fonctionnement la présence permamente d'un film de fluide entre l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de la bague et la surface de l'organe en regard. Comme indiqué, la surface de l'organe en regard peut, selon l'application envisagée, être la surface périphérique d'un arbre tournant, la surface interne d'un alésage recevant la bague ou la surface interne d'un élément tubulaire susceptible d'être mis en place autour d'un arbre rotatif. Les caractéristiques de réalisation indiquées ci-dessus pour les stries d'orientation sur la bague dans le premier mode de réalisation s'appliquent également aux stries d'orientation sur la surface de l'organe en regard dans le second mode de réalisation. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple en aucune manière limitatif deux modes de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente en coupe transversale un premier exemple de réalisation de bague d'étanchéité unidirectionnelle de type radial, selon l'invention, - la figure 2 est une vue en plan du côté exposé au fluide de la bague selon la figure 1, - la figure 3 est une vue en plan du côté opposé de la bague selon la figure 1, - la figure 4 représente en coupe transversale un second exemple de réalisation de bague d'étanchéité unidirectionnelle, de type radial, selon l'invention, - la figure 5 est une vue en plan du côté exposé au fluide de la bague selon la figure 4, - la figure 6 est une vue en plan du côté opposé de la bague selon la figure 4, - la figure 7 est une vue de détail de dessus de l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de la bague selon la figure 4. On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 3. La bague illustrée à titre d'exemple présente un corps annulaire en élastomère 1, renforcé par une armature métallique 2. La bague comporte en outre une lèvre d'étanchéité 4 présentant, de part et d'autre d'une arête 5 destinee à assurer le contact d'étanchéité, deux surfaces inclinées 6 et 7, la surface 6 étant destinée à être exposée à un fluide tel qu'une huile de lubrification. Un ressort circulaire, non représenté, s'engageant dans une rainure 8 de la lèvre permet de forcer la lèvre d'étanchéité 4 au niveau de son arête 5 de contact contre la surface à étanchéifier. Selon l'invention, la surface 6 de la lèvre exposée au fluide présente une pluralité de stries d'orientation en saillie 9, inclinées par rapport à l'arête 5 et destinées à amener en fonctionnement du fluide, sous l'arête d'étanchéité, pour y maintenir un film de fluide en permanence. De préférence, ces stries sont inclinées d'un angle de l'ordre de 250 par rapport à l'arête. Chacune des stries d'orientation présente une hauteur maximale d'environ O,lmm. On se réfère maintenant aux figures 4 à 7 qui illustrent un second mode de réalisation de bague de type radial, selon l'invention. La bague est pour l'essentiel identique à celle représentée aux figures 1 à 3 et comporte en outre sur la surface 7 de la lèvre d'étanchéité, c'est-à-dire sur la surface opposée à celle exposée au fluide, une pluralité de stries d'orientation en saillie 10, faisant de même que les stries 9 de la surface 6, un angle de préférence de 250 par rapport à l'arête 5. Ces stries 10 sont plus nombreuses que les stries 9 et sont disposées, comme on le voit notamment aux figures 4 et 7, de façon à être décalées par rapport aux stries 9 au niveau de l'arête 5. Le nombre de stries 10 est avantageusement trois fois supérieur à celui des stries 9. Ainsi, dans un exemple type de réalisation pour une bague de type radial destinée à assurer l'étanchéité d'un arbre d'un diamètre de 60mm, les stries d'orientation 10 présentent une hauteur maximale d'environ 0,lmm, sont au nombre de 108, alors que les stries 9 sont au nombre de 36. Les deux modes de réalisation représentés se réfèrent à des bagues de type unidirectionnel, c'est-à-dire destinées à des organes tournant toujours dans le même sens. Pour des bagues d'étanchéité de type bi-directionnel, les stries 9 dans le premier mode de réalisation, et 9 et 10 dans le second mode de réalisation., devront bien entendu être disposées selon une double orientation par rapport à l'arête 5, pour permettre d'assurer le fonctionnement, avec les mêmes effets de pompage hydrodynamique, pour les deux sens de rotation de l'organe tournant. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir ni de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité comportant une bague présentant sur un corps annulaire une lèvre d'étanchéité dont l'arête de contact avec une surface d'un organe en regard est délimitée par deux surfaces adjacentes inclinées l'une par rapport à l'autre, l'une desdites surfaces inclinées étant exposée à un fluide, caractérisé par le fait qu'il comprend sur la surface de la lèvre d'étanchéité de ladite bague exposée au fluide, une configuration de pompage hydrodynamique sous la forme de stries d'orientation inclinées par rapport à l'arête de contact de la lèvre d'étan chéité de manière à assurer en fonctionnement la présence permanente d'un film de fluide entre ladite arête de contact et ladite surface de l'organe en regard. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, sur la surface de la lèvre d'étanchéité de la bague opposée à celle exposée au fluide, une configuration de pompage hydrodynamique sous la forme de stries d'orientation inclinées par rapport à l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les stries d'orientation sur la surface exposée au fluide sont moins nombreuses que les stries d'orientation sur la surface opposée. 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les stries d'orientation sur la surface exposée au fluide sont sensiblement trois fois moins nombreuses que les stries d'orientation sur la surface opposée. 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les stries d'orientation sur la surface exposée au fluide sont agencées pour, au niveau de l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité, se trouver entre deux stries sur la surface opposée. 6. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les stries d'orientation sont inclinées d'un angle d'environ 250 par rapport à l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité. 7. Dispositif d'étanchéité comportant une bague présentant sur un corps annulaire une lèvre d'étanchéité dont l'arête de contact avec une surface d'un organe en regard est délimitee par deux surfaces adjacentes inclinées l'une par rapport à l'autre, l'une desdites surfaces inclinées étant exposée à un fluide, caractérisé par le fait qu'il comprend sur la surface de l'organe en regard, au moins dans la zone exposée au fluide au voisinage de l'arête de contact de la lèvre d'étanchéité de la bague, une configuration de pompage hydrodynamique sous la forme de stries d'orientation inclinées de manière à assurer en fonctionnement la présence permanente d'un film de fluide entre ladite arête de contact et ladite surface de l'organe en regard.