Brevet FR2443625A1 — publié le 19800704

La présente invention concerne un joint d'huile, en particulier un joint d'arbre dans lequel la lèvre de joint primaire est un objet en forme de cachet annulaire qui entoure complètement l'arbre à étancher et s'appuie légèrement sur lui le long d'un anneau interne ou lèvre d'étanchéité, ainsi qu'on l'appelle communément. Le joint à lèvre primaire ci-dessus fait partie d'un assemblage à capsule qui est emmanché à force dans l'alésage d'un arbre. La totalité du joint à capsule métallique comprend d'ordinaire une capsule métallique en forme de coupe ayant une partie cylindrique extérieure conçue pour être emmanchée à force dans l'alésage de l'enveloppe et une bride radiale s'étendant radialement vers l'intérieur à partir d'une extrémité, un joint, une rondelle entre le joint et la bride radiale de la capsule métallique en forme de coupe, et une seconde capsule métallique ayant une portion radiale soutenant le joint axialement vers l'intérieur de la première bride radiale de la capsule en métal. Les deux capsules en métal sont embouties ou fixées fermement l'une à l'autre d'une autre façon, afin que le joint soit également fixé entre les brides radiales et les deux capsules métalliques. Des types de joints de cette construction sont représentés dans la demande de brevet n" 426.373, actuellement brevet des Etats-Unis d'Amérique n" Le dernier développement dans ce type de joint comporte la réalisation de ltélément primaire de scellementen polytétrafluoroéthylène ou analogue et en y incorporant des caractéristiques hydrodynamiques de renvoi unidirectionnel et bidirectionnel d'huile, qui évitent que l'huile fuie au-delà de la portion de lèvre de l'élément de joint. Par exemple, une rainure en spirale ou cannelure placée sur le côté air de l'élément de joint dans la zone de la portion de lèvre évite une fuite d'huile dans un sens de rotation de l'arbre, comme indiqué dans la demande de brevet ci-dessus. De même, des caractéristiques hydrodynamiques bidirectionnelles peuvent autre obtenues avec des configurations d'élément de joint telles que celles de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 541.926. Ces joints fonctionnent bien suivant le but désiré, mais l'assemblage comprend un grand nombre d'opérations séparées de fabrication. De plus, la conception de tels joints ne doit pas amener elle-mEme à l'adaptation pour un double joint à lèvre, et par conséquent leur usage est limité. De plus, la demanderesse désirait une conception qui réduise les besoins en matzriau brut de façon à réduire autant que possible les problèmes courants de réalisation et de coût. Dans l'invention, un joint d'huile est construit à partir d'une capsule métallique unique et d'un élément de joint à lèvre annulaire analogue à un cachet, fixé à la capsule à l'aide d'un matériau en élastomère. La capsule comporte une portion cylindrique extérieure et une bride radiale partant vers l'intérieur à partir d'une extrémité de celle-ci qui est en gradin. Cela fournit un encastrement dans lequel est placée avec précision la partie radialement la plus extérieure de l'élément de joint ainsi que le matériau de liaison élastomère ou analogue. La fixation de l'élément de joint à lèvre sur la capsule est améliorée par la présence d'un certain nombre de trous ou fentes dans l'élément de joint, dans la zone où il est soutenu par la capsule métallique, de façon que l'élastomère remplisse les trous.Cela fournit un blocage métallique avec l'élément de joint, ainsi qu'une augmentation de la résistance de liaison avec la capsule métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une vue en bout d'un joint d'arbre du type radial utilisant les principes de l'invention; - la figure 2 représente à une échelle agrandie une coupe au travers du joint suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 représente à une échelle agrandie une coupe similaire à celle de la figure 2 et montrant une variante de celui-ci appelée couramment joint à capsule, à double lèvre en coupe; - la figure 4 représente une vue en perspective de la rondelle ou du cachet en polytétrafluoroéthylène constituant la lèvre de joint principale selon l'invention, avant son insertion dans la cavité du moule; et - la figure 5 représente une coupe de la cavité du moule avec les éléments de joint à l'intérieur, juste avant la fermeture du moule et la fabrication du joint représenté sur la figure 3, en accord avec l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un joint d'huile du type radial pour arbre, selon une forme préférée de réalisation de l'invention. Le joint 10 est du type à simple lèvre et comprend une seule capsule métallique 12 ayant une portion cylindrique 14 extérieure dans le sens radial et s'étendant le long de l'axe, et une bride 16 à gradin radial s'étendant vers l'intérieur à partir d'une extrémité de la portion 14. La bride 16 comporte une portion radiale inférieure 18, une portion cylindrique intermédiaire 20 dans le sens axial et une portion supérieure de bride radiale 22 partant de l'extrémité axiale interne de la portion 20.Ces deux derniers éléments, à savoir la portion 20 et la portion 22, forment un epaulement. On a logé contre cet épaulement et on a fixé contre la bride 22, au moyen d'un liant élastomere, une portion radiale extérieure 24 de l'élément de joint 26 réalisé de préférence en polytétrafluoroéthylène et possédant également une portion 28 en tronc de cône qui fournit la lèvre du joint. La portion 24 comprend plusieurs trous 30 répartis uniformément sur la circonférence et remplis d'un matériau élastomère (de préférence Buna-n) qui forme l'élément de renforcement radial élastomère 32. Celui-ci est relié à la portion 20 de la capsule métallique à sa périphérie aussi bien qu'à chaque interface 34 avec la portion 22.Ainsi qu'il est souhaitable pour certaines applications, la surface côté air 36 du tronc de cône 28 de l'element 26 peut avoir une rainure en spirale 38 menant vers l'extérieur à partir du bord interieur du joint. Cette rainure 38 est. réalisée de façon que, pendant la rotation de l'arbre dans un sens particulier, la rainure tend à ramener l'huile qui peut'fuir le long de l'arbre, par suite d'éraflures dans l'arbre ou de faibles imperfections de celui-ci > ou meme dans l'élément de joint de l'arbre, bien que la majorité des fuites proviennent dans ce cas des imperfections de l'arbre. Comme dans tous les joints hydrodynamiques, le but de la rainure 38 est de ramener l'huile à proximité de la lèvre 40, vers le côté huile du joint. Quand le joint 10 est installé, l'action du joint courbe la portion intérieure 28 et rend une partie de celle-ci-sensiblement cylindrique sur une courte distance; c'est pourquoi la rainure 38 s'étend sur une distance notable le long de la face, parce que le degré d'action du joint est quelque peu indéterminé. Il faudrait peut Autre noter que la configuration en gradin de la bride 16 est importante pour diverses raisons. Avant tout, elle fournit un procédé de positionnement précis de la portion extérieure 24 de l'élément de joint qui, il faut le noter, a déjà été percé à son diamètre intérieur final. Tout excentrement ou décalage dans la mise en place de l'élément de joint dans la capsule aurait naturellement pour résultat que la lèvre de l'élément de joint serait décalée par rapport à l'arbre à étancher. I1 en résulterait évidemment une fuite d'huile. Un autre avantage résultant de la configuration en gradin est que la localisation précise de l'élément de joint peut être réalisée en utilisant beaucoup moins de matériel qu'il ne serait nécessaire s'il fallait positionner le joint par rapport à la portion cylindrique extérieure 14.Pour la meme raison, il faut moins de matériau de liaison 32. Il est évident de même que la configuration en gradin permet à la capsule 12 d'avoir des dimensions compatibles avec celles des joints moulés à lèvre conventionnels et, par suite, le joint de l'invention peut être utilisé comme pièce de rechange, sans qu'il soit nécessaire de changement de conception tel que la modification du trou du joint entourant l'arbre, ou analogue. La figure 3 représente une autre forme préférée de réalisation d'un joint d'huile utilisant le principe de l'invention. La construction est en tout point similaire, sauf en ce qui concerne le joint des figures 1 et 2. On a utilisé les meutes repères pour les mêmes caractéristiques. La caractéristique distinctive du joint de la figure 3 est qu'il constitue un joint du type à deux lèvres. La lèvre secondaire 42, qui est prévue pour empêcher les poussières et corps étrangers de parvenir à la lèvre principale, peut faire partie d'un élément élastomère 32'. I1 est également de forme tronconique, mais il s'étend dans un sens axial opposé à celui de la portion 28'.La lèvre 42 s'etend vers le bas en direction de l'arbre sur lequel il doit etre placé à une distance suffisante pour réaliser un contact étanche léger avec lui. La lèvre 42 ne s'étend pas vers l'intérieur aussi loin que I'extrémité interieure 40' de l'élément de joint 26' et il est préférable qu'il en soit ainsi. La figure 4 représente l'élément de joint 26 en polytétrafluoroethylène avant son assemblage dans le moule avec la capsule. A ce moment, il est encore simplement un disque annulaire avec une forme en tronc de cOne et plusieurs trous placés sur la partie la plus externe. Le procédé le plus convenable de fabrication est de poinçonner le disque annulaire dans une feuille et, dans la même opération, de percer des trous 30. La rainure en spirale 38, pendant cette meme opération, ou après, peut être réalisé par estampage. La forme tronconique peut également etre donnee à la rondelle plate par une opération de matriçage appropriée. Le preformage tronconique peut également être réalisé dans la cavité du moule, si on le désire. L'assemblage du joint & huile est accompli dans un moule tel que celui qui est représenté dans la position ouverte de la figure 5. L'ensemble du moule comprend les éléments habituels et la disposition conventionnelle de ceux qui sont utilisés dans le moulage des joints à lèvre en élastomère tels que ceux, par exemple, du brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 2.982.999 et il comporte un moule inférieur 50, une bague de moule 52 et un moule supérieur 54 qui définissent ensemble, en position fermée du moule, une cavité qui détermine jusqu'à quelle zone du moule doit s'écouler le matériau en-élastomère. La bague 52 du moule est placée sur un écrou à chapeau 56 ayant à la base une tête 58 qui fixe la bague du moule et le moule supérieur. Celui-ci comporte une portion supérieure qui est de forme complémentaire à celle de la capsule métallique gradin 12', de sorte que cette dernière est fixée sûrement pendant l'assemblage.Le moule supérieur 54 comprend un épaulement 60 destiné à venir en butée avec une portion voisine 61 de la bague 52. Le moule 54 et la bague sont réalisés en pièces séparées, surtout pour faciliter l'usinage de la portion complexe de la cavité du moule. Elles peuvent être considérées comme fixes l'une par rapport à l'autre, toutefois le gaz dégagé pendant l'opération de moulage peut s'échapper de la cavité du moule et sortir de l'ensemble en passant vers le haut entre les portions de surface 61 et 62. La vis à épaulement 62 retient une rondelle Belleville 64 qui, son tour, permet l'alignement du moule inférieur-52 avec la bague du moule en position fermée. Le joint d'huile qui est, comme on l'a représenté sur la figure 5, du type à deux lèvres de la figure 3 est assemblé gr ce à la mise en place préalable de la capsule 12' avec l'élément de joint 26' et une préparation annulaire d'élastomère, toutes ces pièces étant situées dans la portion en gradin de la capsule métallique sur le moule inférieur 50. La paroi intérieure 51 de la matrice inférieure a une forme complémentaire de la portion tronconique 28 du joint, si bien que, quand le moule est fermé, les éléments respectifs du joint ne sont pas déplacés. Le moule qui fonctionne à une température élevée correspondant à la température de cuisson de la préparation d'élastomère est ensuite fermé. Cette préparation s'écoule au travers des trous 30 dans le joint et forme une liaison avec la capsule dans la portion axiale intermédiaire et dans la portion intérieure radiale de la bride, dans la zone des trous 30. Si on le désire, la bague 52 peut comporter une rainure annulaire en relief 66 qui poinçonne le joint et élimine ainsi les bavures d'élastomère qui, sinon, se trouveraient dans la préparation 1à ocelles s'écoulent au-deld de la portion particulière de la bague qui est en contact avec la portion radialement la plus extérieure de la partie tronconique 28. En variante de l'opération de moulage, on peut commencer par un élément de joint découpé å plat et découper ou former d'une autre façon le tronc de cône de l'élément de joint dans le moule, en même temps que l'opération de moulage. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVEND I CA T IONS 1. Joint d'huile conçu pour autre emmanché à force dans un alésage d'un élément d'enveloppe au travers duquel passe un arbre tournant, le joint étant monté sur l'arbre et ajusté sur celui-ci de façon à exclure le passage de l'huile le long de l'arbre, caractérisé en ce qu'il comprend - une capsule en métal relativement rigide, - un joint analogue une rondelle comportant une portion annulaire en tronc de cOne formant une lèvre de joint à une extrémité conçue pour le contact avec un arbre, cet élément de joint étant d'épaisseur uniforme en section droite et étant constitué d'un matériau non élastomère autre que le métal et pouvant etre collé par la chaleur, - une portion de bride de l'élément de joint juxtaposée à la capsule, - un moyen de collage en élastomère pour fixer ledit élément de joint à la capsule, le moyen de collage comportant un corps principal placé à l'opposé de la portion de bride de l'élément de joint, par rapport à la capsule, et - une portion de bride de l'élément de joint, comportant plusieurs passages dans la portion de bride, répartis sur la périphérie, le moyen de collage comportant de plus des portions secondaires partant du corps principal et traversant chacun des passages et étant lié à la capsule l'élément de joint étant fixé en place par rapport à la capsule et étant empoché de tourner par rapport à celle-ci. 2. Joint d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capsule comporte une portion cylindrique extérieure et une bride radiale partant de l'une des extrémités de la portion extérieure, la bride radiale ayant une configuration à gradin et comportant une portion radiale inférieure > une portion cylindrique intermédiaire et une portion supérieure radiale, la dite portion radiale inférieure définissant un épaulement avec la portion cylindrique intermSdiaire, et la portion de bride analogue a une rondelle et le liant élastomère étant plat le long de l'épaulement. 3. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde lèvre de joint qui est en matériau élastomère et qui est de forme annulaire. 4. Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde lèvre de joint fait partie de l'élément élastomère de liaison et en ce qu'il est de forme tronconique, avec l'extrémité radialement la plus intérieure de cette seconde levure dirigée axialement en sens inverse dudit élément de joint. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de joint est en polytétrafluoroéthylène. 6. Procédé de réalisation d'un joint d'huile, caractérisé par les étapes suivantes - mise en place dans un moule inférieur d'une coupe métallique en forme de cachet ayant une bride exté rieure axiale et une bride radiale, mise en place d'un élément de joint annulaire souple ayant une partie radiale extérieure plane s'appuyant contre la bride radiale de la capsule métallique, mise en place d'un matériau de préparation annulaire élas tomère sous la bride radiale de la capsule en forme de coupe, dans cet ordre, l'élément de joint annulaire ayant au moins un trou traversant la partie radiale extérieure plane et présentant à la préparation une portion de la bride radiale de la capsule en forme de coupe, - la fermeture du moule pour former une cavité, et - l'application simultanée de la chaleur à la préparation pour la faire couler vers la capsule de métal ainsi qu'au travers d'au moins un trou pour relier l'élément de joint à la capsule. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'élément de joint est du polytétrafluoroéthylbne, caractérise en ce qu'il comprend d'autres étapes de poinçonnage simultané de l'élément de joint quand le moule est fermé pour mouler une portion tronconique sensiblement permanente qui s'étend au-delà de la préparation et au-dela de la zone de la capsule métallique à laquelle est liée la partie radialement extérieure plane de l'élément de joint.