Brevet FR2463881A1 — publié le 19810227

L'invention concerne un joint d'étanchéité en anneau pour arbres, comprenant une bague raidisseuse à profil angu- laire reliée par une partie annulaire intermédiaire en élastomère semblable à un diaphragme à une partie annulaire à lèvre, également en élastomère et portant une lèvre d'étanchéité, de même qu'un élé- ment presseur élastique pour presser la lèvre d'étanchéité élasti- quement contre la surface de l'arbre étanché. Un'tel joint d'arbre est connu par le brevet 07 130 de la République Fédérale d'Allemagne. La partie à lèvre de ce joint connu présente à son pourtour une gorge dans laquelle est encastré, à proximité immédiate de la lèvre, un ressort spiral. La fabrication et le montage de ce ressort rendent toutefois le joint nettement plus coûteux et il est souvent difficile d'obtenir tune frce de pressage uniforme sur toute la circonférence. Cela est le cas surtout avec des joints de petit diamètre, o le durcissement produit par l'emboîtement mutuel des deux extrémités du ressort s'étend sur une longueur représentant un pourcentage considérable de toute la cir- conférence. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 22 67 930 décrit un joint d'arbre o l'élément presseur pénètre à l'intérieur de la partie annulaire à lèvre, également jusqu'à proximité immédiate de la lèvre. A l'usage, ce joint ne donne pas davantage satisfaction une bonne étanchéité ne peut être obtenue, par exemple, que si l'arbre étanché tourne parfaitement rond et si son diamètre extérieur corres- pond avec une grande précision à la cote prescrite. Ès conditi. s ne peu- vent pas être remplies lorsqu'on applique les tolérances de fabrication habituelles. L'invention vise à créer un joint d'arbre assu- rant une bonne étanchéité en cas de respect de tolérances de montage habituelles, qui soit de fabrication économique et qui, dans une fabri- cation en masse, procure une aussi grande continuité ou régularité que possible aux caractéristiques des joints produits. Selon l'invention, un joint d'arbre comme indi- qué au début est essentiellement caractérisé en-ce que l'élément pres- seur est un prolongement de la bague raidisseuse, lequel pénètre de à 80 % dans le profil de la partie annulaire intermédiaire. La bague raidisseuse du joint selon l'invention est formée de préférence d'un morceau d'acier embouti, auquel cas l'opération d'emboutissage profond appliquée pour produire la bague raidisseuse permet - en même temps que la transformation générale du flan - de former l'élément presseur au bout de l'aile dirigée radia- lement vers l'intérieur. En principe, la fabrication de la bague raidisseuse nécessaire pour le joint d'arbre selon l'invention n'en- tratne donc pas de frais supplémentaires comparativement aux exécu- tions conventionnelles sans élément presseur. Le choix de la longueur de l'élément presseur par rapport à la longueur du profil (longueur de la section iradiale) de la partie intermédiaire est basé sur les dimensions d'un joint d'arbre selon le brevet allemand cité au début ou sur la norme DIN 3760 (conçue d'après ce brevet); feuille de sélection 1, mai 1972, catégorie de prix 4. La partie à lèvre est dans ce cas délimitée axialement, des deux côtés, par une surface perpendiculaire à l'axe de rotation. Le rapport selon l'invention correspond aux 40 à 80 7. de la distance entre, d'une part, la face de la partie à lèvre tour- née vers la bague raidisseuse, d'autre part, la surface tournée vers la partie à lèvre de l'aile dirigée radialement vers l'intérieur du profil de la bague raiAisseuse. La partie annulaire à lèvre d'un joint selon l'invention ne présente plus la gorge nécessaire jusqu'à présent sur le pourtour pour la réception du ressort. La supression des portions de joint formant les flancs de gorge diminue la quantité d'élastomère nécessaire à la réalisation du joint et réduit dans l'ensemble la masse des pièces qui - en raison de leur fonction - suivent en perma- nence les mouvements de l'arbre étanché. La demanderesse suppose que l'excellente étanchéité procurée par les joints selon l'invention est due à cette réduction de la masse du joint et à la plus grande flexi- bilité de la partie à lèvre. Selon une autre caractéristique avantageuse, pour améliorer l'élasticité de la portion du prolongement de bague avançant dans la partie annulaire intermédiaire du joint, le prolongement est plus mince dans cette portion que dans la région de l'aile dirigée radialement vers l'intérieur de la bague raidisseuse. Selon une autre caractéristique avantageuse, le prolongement est divisé en segments par des entailles uniformément réparties circonférentiellement. On obtient souvent des résultats particulièrement bons - éventuellement en liaison avec l'amincissement indiqué ci-dessus ou aussi indépen- damment de lui - si les segments se rétrécissent comiquement dans la portion de prolongement avançant dans la partie annulaire inter- médiaire du joint. Une largeur moyenne favorable des segments pour des diamètres d'arbre de 20 à 100 mm va de 2 à 10 -mm. Le comportement élastique du prolongement, agissant dans le sens radial, est grande- ment influencé par l'angle formé dans un plan radial entre le pro- longement et l'axe de l'arbre à étancher. Cet angle est avantageuse- ment de 15 à 400 et il est de préférence de l'ordre de 250. Par contre, l'orientation du prolongement parallèlement à l'axe de l'arbre ou dans le sens de son éloignement de cet axe à partir de l'extrémité radialement intérieurede l'aile r4iiale de la bague rai- disseuse a eu dans quelques applications des effets nuisibles sur le comportement de la lèvre d'étanchéité en vibration et, par suite, sur l'étanchéité dynamique. L'amincissement, la division en segments, le rétrécissement dessegmentset le choix d'un angle approprié sont tous des mesures destinées à améliorer les propriétés élastiques du pro- longement annulaire de la bague raidisseuse; leur application devient d'autant plus importante que le prolongement s'avance plus loin dans la partie annulaire intermédiaire en élastomère. Dans les formes de réalisation o le prolongement pénètre seulement peu dans la partie intermédiaire, ces mesures peuvent ne pas être nécessaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective avec un arrachement d'un joint d'arbre selon l'invention; et - la figure 2 est une demi-coupe axiale de ce joint. Le joint d'arbre représenté comprend une bague raidisseuse 1 à profil coudé, dont l'aile dirigée radialement vers l'intérieur porte un prolonigment 2. Ce prolongement est noyé complètement dans une partie annulaire intermédiaire en élastomère, qui est semblable à un diaphragme. La coupe de la figure 2 sert plus spécialement à faire ressortir le rapport de pénétration (de 40 à 80 %) du pro- longement 2 dans le profil de la partie annulaire intermédiaire. Ce rapport correspond au rapport descotes X1/X2 sur la figure 2. La force élastique avec laquelle la lèvre d'étanchéité est pressée contre la surface de l'arbre à étancher est fixée en particulier par les propriétés des matériaux utilisés et par les dimensions du prolongement de la bague raidisseuse 1 et de la partie annulaire à lèvre 3. Ces deux paramètres peuvent sans difficultés particulières être contrôlés de façon très précise dans une fabri- cation continue et,être maintenus en permanence aux valeurs voulues. Les propriétés élastiques peuvent être modifiées en plus par une saillie supplémentaire 4 qui est orientée axialement et qui possède une longueur définie. A cet égard, il est particulièrement avanta- geux de faire en sorte que la longueur de la saillie 4 puisse être réduite par un usinage mécanique, éventuellement par la suite égale- ment, sans que cela entraIne une attaque de la surface de la partie à lèvre 3 dans la région fonctionnellement importante de la lèvre d'étanchéité. Les caractéristiques d'utilisation d'un joint d'arbre selon l'invention sont au moins équivalentes à celles d'un joint selon la norme DIN 3760. Un joint selon l'invention a en outre l'avantage qu'il peut être fabriqué de façon simple et qu'il procure une excellente régularité de toutes les caractéristiques des joints produits. R E V E N D I C A T IONS 1. Joint d'étanchéité en anneau pour arbres, com- prenant une bague raidisseuse à profil angulaire reliée par une partie annulaire intermédiaire en élastomère semblable à un diaphragme à une partie annulaire à lèvre, également en élastomère et portant une lèvre d'étanchéité, de même qu'un élément presseur élastique pour presser la lèvre d'étanchéité élastiquement contre la surface de l'arbre étanché, caractérisé en ce que l'élément presseur est un prolongement (2) de la bague raidisseuse (1), lequel pénètre de 40 à 80 % dans le profil de la partie annulaire intermédiaire. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prolongement (2) est plus mince dans sa portion avançant dans la partie annulaire intermédiaire que dans la région de l'aile dirigée radialement vers l'intérieur de la bague raidisseuse (1). 3. Joint selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface intérieure du prolongement (2) fait un angle de à 40 avec l'axe de l'arbre à étancher, de préférence un angle de . 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le prolongement (2) est divisé en seg- ments par des entailles uniformément réparties circonférentiellement. 5. Joint selon la revendication 4, caractérisé en ce que les segments possèdent une plus faible largeur dans la portion du prolongement (2) s'avançant dans la partie annulaire intermédiaire que dans la région de l'aile dirigée radialement vers l'intérieur de la bague raidisseuse (1).