Brevet FR2484043A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour arbre tournant, du type comprenant une membrane annulaire rigide, dont la face circonférentielle extérieure forme une jupe de fixation cylindrique dirigée axialement, et une bague d'étanchéité à lèvres en matériau polymérisé souple moulé sur le bord circonférentiel interne de la membrane, et dans lequel est prévu un chapeau annulaire subissant la rotation pour former contact d'étanchéité avec la bague d'étanchéité a lèvres, chapeau qui comporte une partie formant disque annulaire et une partie formant moyeu tubulaire cylindrique qui s'étend axialement depuis la circonférence interne de ladite partie formant disque dans la direction opposée à ladite jupe, le bord libre de la jupe présentant des moyens formant butées qui s'avancent radialement vers l'intérieur, soit en des points isolés, soit sur la totalité de la circonférence, et qui sont prévus pour éviter la séparation du chapeau d'avec le dispositif. Le terme "arbre tournant" est prévu ici non seulement pour indiquer un arbre en tant que tel, mais aussi toute pièce quelle qu'elle soit qui peut tourner dans une ouverture d'une pièce fixe dans laquelle est disposé le dispositif d'étanchéité en question. Donc aux fins de la présente invention, le terme "arbre tournant" comporte également par exemple la bague interne d'un palier à élément de roulement, dont la bague externe constitue alors la pièce fixe mentionnée ci-dessus. Un dispositif d'étanchéité du type indiqué ci-dessus est l'objet de la demande de brevet français n0 79 17342 déposée le 4 juillet 1979 par la demanderesse, intitulée "Dispositif d'étanchéité pour arbres tournants". La présente invention constitue une amélioration du dispositif d'étanchéité selon cette demande de brevet et a pour objet d'améliorer encore le fonctionnement de ce dispositif d'étanchéité et en particulier d'éviter effectivement la pénétration de corps étrangers comme de l'eau, de la poussière ou de la boue dans la zone des lèvres d'étanchéité pendant la marche du dispositif. En vue d'atteindre cet objectif, l'objet de la présente invention est un dispositif d'étanchéité pour arbre tournant du type mentionné ci-dessus, principalement caractérisé par le fait qu'entre la membrane annulaire rigide et le chapeau annulaire tournant, est interposée une garniture annulaire de matériau filtrant poreux montée en venant interférer axialement avec la membrane annulaire et la partie formant disque du chapeau annulaire tournant. De préférence le matériau filtrant poreux de la garniture annulaire est un matériau élastiquement compressible, par exemple du polyuréthane expansé à cellule duverte ou bien du feutre. Selon l'invention, la garniture annulaire de matériau filtrant poreux peut être saturée d'un lubrifiant liquide ou bien imprégnée d'un lubrifiant semi-solide. D'autres caractéristiques de l'invention deviendront apparentes au cours de la description détaillée suivante faite en se référant aux dessins joints o - la figure 1 représente en coupe partielle un dispositif d'étanchéité selon l'invention monté en position sur un arbre a-ssocié - la figure 2 représente une première variante du dispositif en position libre; - la figure 3 représente la variante de la figure 2 en position montée sur un arbre; - la figure 4 représente une seconde variante en position libre - la figure 5 représente la variante de la figure 4 en position montée - la figure 6 représente une autre variaente du dispositif; et - la figure 7 représente une autre variante. Se reportant à la figure 1, on y voit un arbre tournant 10 monté dans un support fixe 12 au moyen d'un roulement à billes 14. Un dispositif d'étanchéité selon l'invention est repéré de façon générale par la référence 16. Dans la description suivanteon va décrire en détail uniquement les pièces du dispositif d'étanchéité 16 nécessaires pour une compréhension de l'amélioration selon la présente invention, tandis que pour traiter plus complètement les autres pièces du dispositif on peut se référer à la demande de brevet français n0 79 17342 mentionnée ci-dessus. Le dispositif d'étanchéité 16 comporte une membrane annulaire rigide 18 moulée d'une pièce avec une jupe circonférentielle cylin- drique 18A. En service, la jupe 18A est forcée, de façon étanche, dans le trou 12" du support 12 de façon que le bord libre 18A' de la jupe soit face à l'extérieur et vienne de préférence à fleur avec la face 12' du support 12. Sur le bord circonférentiel interne de la membrane 18 est moulée, de façon connue en soi, une bague d'étanchéité 20 de caoutchouc présentant une lèvre d'étanchéité 22 dirigée obliquement dans une direction en gros opposée à celle de la jupe 18, tandis qu'une lèvre d'étanchéité 24 est dirigée obliquement en gros dans la même direction que la jupe 18A. Le dispositif d'étanchéité 16-comporte de plus un chapeau 26 en tôle d'acier formée à la presse, comprenant une partie formant disque annulaire 26A et une partie formant moyeu cylindrique tubu- laire 26B. Dans la position de service représentée, le moyeu 26B est forcé, avec étanchéité, sur l'arbre 10 de façon que la face avant externe du disque 26A vienne à fleur avec la face 12' du support 12. Une zone circonférentielle externe 26C du disque 26A se rabat vers l'intérieur et est réunie à une bague cylindrique 26D qui fait face vers la membrane 18 en formant un jeu radial 28 avec la jupe 18A. Comme on peut le voir sur le dessin, les lèvres 22, 24 sont toutes les deux situées en relation d'étanchéité avec la surface cylindrique externe du moyeu 26B. Le jeu radial 28 est suffisamment faible pour éviter une déformation excessive des lèvres 22, 24 due à des déplacements radiaux possibles du chapeau 26. La séparation axiale du chapeau 26 d'avec la membrane annulaire 18 est évitée par une série de butées axiales sous forme d'oreilles rabattues 18A" qui sont découpées radialement vers l'intérieur dans le bord libre 18A' de la jupe 18A. On verra sur le dessin que, dans la situation d'utilisation représentée, la bague 26D se trouve dans une position intermédiaire entre la membrane 18 et l'oreille rabattue 18A", avec formation de jeux axiaux 30, 32 avec ces pièces, ces jeux étant nécessaires pour permettre la rotation du chapeau 26 avec l'arbre 10. Nonobstant le fait que les dimensions de ces jeux axiaux 30, 32 sont plutôt limitées, il existe un risque possible de pénétration de matériau étranger comme de l'eau, de la poussière ou de la boue, depuis l'extérieur, dans l'intérieur du dispositif 26, avec par conséquent interruption possible du contact d'étanchéité entre les deux lèvres 22 et 24 et la surface cylindrique externe du moyeu 26B. Pour éviter ce risque et pour assurer le fonction- nement parfait du dispositif dans toutes les conditions opératoires quelles qu'elles soient, selon l'invention, il est interposé entre la membrane annulaire rigide 18 et le chapeau annulaire 26 une garniture annulaire 33 de matériau filtrant poreux. Comme on peut le voir clairement sur le dessin, la garniture annulaire 33 présente, en coupe transversale, une forme complémentaire de celle de la zone qu'elle occupe dans l'espace entre la membrane annulaire 18 et le chapeau 26. La garniture 33 est faite en un matériau filtrant poreux, Plastiquement compressible, par exemple du polyuréthane expansé à cellule ouverte ou du feutre,et a, dans son état non déformé, c'est-à-dire avant d'être montée, une épaisseur légèrement supérieure à la distance entre la membrane 18 et la surface du chapeau 26 qui lui fait face de l'autre c8té de la zone occupée par la garniture 33 lorsqu'elle est montée en position. De cette façon, lorsque la garniture annulaire 33 est montée en position, elle est légèrement comprimée axialement entre la membrane annulaire 18 et le chapeau 26, c'est-à-dire qu'entre les surfaces frontales de la garniture annulaire 33 et les surfaces correspondantes de la membrane 18 et du chapeau 26 qui lui font face, il existe une interférence axiale. Par ailleurs,la plus grande partie de la surface circonférentielle externe de la garniture annulaire 33 interfère radialement avec la surface interne de la bague cylindrique externe 26D du chapeau 26. De cette façon la partie restante de la surface circonfé- rentielle externe de la garniture annulaire 33 pénètre légèrement dans le jeu axial 30 situé entre la bague 26D et la membrane 18. Pour diminuer le frottement de glissement entre la surface externe de la garniture annulaire 33 et les surfaces correspondantes de la membrane 18 et/ou du chapeau 26,et pour améliorer de plus le pouvoir filtrant du matériau qui constitue la garniture 33, cette garniture 33 est de. préférence saturée d'une huile lubrifiante ou bien imprégnée d'un lubrifiant semi-solide par exemple une graisse graphitée. En service, on évite que le lubrifiant ne s'échappe dans l'intérieur du support 12 grâce au contact étanche de la lèvre 22 (lèvre d'étanchéité interne) avec le moyeu 26B, tandis que l'on évite la pénétration de l'eau ou d'autres matériaux provenant de l'extérieur à la fois par le contact étanche de la lèvre 24 (lèvre d'étanchéité externe) avec le moyeu 26B luimême et par la présence de la garniture annulaire 33. Sur les figures 2 et 3, les pièces correspondant à celles qui ont déjà été décrites en relation avec la figure 1 ont été repérées du même numéro de référence, augmenté de 200. Dans cette variante, la lèvre d'étanchéité interne 222 est encore située en relation d'étanchéité avec la surface cylindrique externe du moyeu 226B comme sur la figure 1, tandis que d'un autre côté la lèvre d'étanchéité externe 224 est moulée sous forme d'une lèvre en-forme de coupelle pour établir un contact frontal d'étanchéité avec la face frontale interne (lisse et polie) de la partie formant disque 226A du chapeau 226. La garniture annulaire 233 du matériau filtrant poreux est substan- tiellement semblable à celle décrite en relation avec la figure 1 et a dans ce cas une fonction supplémentaire, à l'état libre c'est-à-dire avant montage du dispositif sur l'arbre, d'éviter que la lèvre 224 ne subisse un écrasement excessif de la part du disque 226A lors de la manutention du dispositif. A l'état monté représenté sur la figure 3, la garniture annulaire 233 est en légère compression axiale de la même façon que dans le cas précédent. Sur les figures 4 et 5, les pièces correspondant à celles déjà décrites en référence à la figure I sont repérées du même numéro de référence augmenté de 400. Dans cette variante les lèvres 422, 424 sont l'une et l'autre disposées de façon à former une étanchéité par rapport à la face interne frontale de la partie formant disque 426A du chapeau 426. A nouveau dans ce cas, l'épaisseur de la garniture annulaire 433 est telle qu'elle permet d'empêcher le chapeau 426 de subir des déplacements excessifs de sorte que les lèvres 422 et 424 ne sont pas soumises à des déformations excessives du fait des déplacements du disque 426A lorsque le dispositif est manutentionné à l'état libre, c'est-à-dire non monté comme représenté sur la figure 4. Sur la figure 6,les pièces correspondant à celles déjà décrites en référence à la figure I sont repérées du même numéro de référence augmenté de 600. Dans cette variante,le composant "arbre" est représenté par la bague interne 610 d'un roulement à billes, tandis que la pièce fixe est représentée par la bague externe 612 du même roulement et le dispositif d'étanchéité selon l'invention a pour r6le d'assurer l'étanchéité entre les deux dites bagues. Les lèvres 622 et 624 sont disposées en configuration frontale d'étanchéité comme sur les figures 4 et 5. Se distinguant des réalisations précédentes, toutefois, la partie qui se rabat vers l'intérieur 626C du chapeau 626 se termine par un bord circonférentiel dirigé radialement 626C'. De plus, à la place des oreilles de butées 18A" de la figure 1,on utilise ici une bague d'arrêt 40 logée dans une rainure circonféren- tielle interne de la jupe 618A de la membrane 618. Dans ce cas,la garniture annulaire 633 de matériau filtrant poreux est interposée en venant interférer axialement entre la membrane annulaire 618 et le bord circonférentiel 626C' du chapeau annulaire 626 et sa surface circonférentielle externe vient en compression radiale contre la jupe circonférentielle 618A de la membrane 618. Sur la figure 7,les pièces correspondant à celles déjà décrites en référence à la figure I sont repérées avec le même numéro de référence augmenté de 700. En opposition avec les réalisations précédentes, le chapeau 726 n'est pas prévu maintenant avec une partie qui vient se rabattre axialement dans l'espace entouré par la jupe 718A. Les lèvres 722 et 724 sont maintenues en contact radial d'étanchéité avec la surface du moyeu 726B au moyen d'un ressort hélicoïdal 42 à disposition toro dale. De plus dans cette variante,la garniture annulaire 733 de matériau filtrant poreux interfère axialement avec la membrane annulaire 718 et avec le disque 726A du chapeau 726, tandis que sa surface circonférentielle externe vient en compression radiale contre la jupe cylindrique 718A de la membrane annulaire 718. Naturellement,les effets de la présente invention s'étendent aux réalisations qui ont la même fonction en utilisant le même concept innovateur. Les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. 2484U43 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour arbre tournant, du type comprenant une membrane annulaire rigide, dont la face circonféren- tielle extérieure forme une jupe de fixation cylindrique dirigée axialement, et une bague d'étanchéité à lèvres en matériau polymérisé souple moulé sur le bord circonférentiel interne de La membrane, et dans lequel est prévu un chapeau annulaire subissant la rotation pour former contact d'étanchéité avec la bague d'étanchéité à lèvres, chapeau qui comporte une partie formant disque annulaire et une partie formant moyeu tubulaire cylindrique qui s'étend axialement depuis la circonférence interne de ladite partie formant disque dans la direction opposée à ladite jupe, le bord libre de la jupe présentant des moyens formant butées qui s'avancent radialement vers l'intérieur, soit en des points isolés, soit sur la totalité de la circonférence, et qui sont prévus pour éviter la séparation du chapeau d'avec le dispositif, caractérisé en ce qu'entre la membrane annulaire rigide et le chapeau annulaire tournant est interposée une garniture annulaire de matériau filtrant poreux montée en venant interférer axialement avec la membrane annulaire et la partie formant disque du chapeau annulaire tournant. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la face circonférentielle externe de la partie formant disque annulaire du chapeau subissant la rotation comporte une bague cylindrique qui pénètre axialement dans l'espace qu'entoure la jupe, avec un jeu radial par rapport à cette jupe, caractérisé en ce que la surface circonférentielle externe de la garniture annulaire du matériau filtrant poreux vient radialement en pression contre ladite bague cylindrique externe du chapeau tournant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface circonférentielle externe de la garniture annulaire du matériau filtrant poreux vient radialement en pression contre la jupe cylindrique de fixation de la membrane annulaire rigide. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau filtrant poreux de la garniture annulaire est un matériau Plastiquement compressible. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau filtrant poreux de la garniture annulaire est du polyuréthane expansé à cellule ouverte. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau filtrant poreux de la garniture annulaire est du feutre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la garniture annulaire de matériau filtrant poreux est saturée d'un liquide lubrifiant. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la garniture annulaire du matériau filtrant poreux est imprégnée d'un lubrifiant semi-solide. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le lubrifiant semi-solide est une graisse graphitée. 10. Ensemble comprenant un arbre tournant dans un support, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications I à 9.