Brevet FR2478244A1 — publié le 19810918

L'invention concerne la technique de l'étanchéité et elle se rapporte plus particulièrement à un joint tournant pour la partie de nez du moyeu d'un amortisseur de vibrations de torsion. Les amortisseurs de vibrations de torsion sont largement utilisés dans les moteurs à combustion interne. Typiquement, un tel amortisseur de vibrations de torsion est placé à l'ex- trémité avant du vilebrequin, plus ou moins à la hau- teur de la jonction du sommet du carter à huile et au voisinage du dessous du bloc moteur. L'avant du vile- brequin traverse un joint de retenue d'huile, l'extré- mité du vilebrequin portant l'amortisseur de vibrations de torsion. Dans certaines installations, il est avan- tageux de munir le moyeu de l'amortisseur de vibrations de torsion d'une partie s'étendant axialement appelée une partie de nez. Cette partie pénètre légèrement dans la région du bloc moteur de sorte que le joint tournant de retenue d'huile monté dans le bloc moteur est en contact avec la partie de nez au lieu d'être en contact avec le vilebrequin. Dans une construction typique de la techni- que antérieure, l'amortisseur est formé d'un moyeu en fonte et d'un organe inertiel en fonte, ces éléments étant joints l'un à l'autre par un organe annulaire en matière élastomère. Le mode de fonctionnement d'un tel amortisseur de vibrations de torsion est bien connu des spécialistes de la technique et, par conséquent, on ne le décrira pas ici. Dans une construction de ce type de la technique antérieure, il a été de pratique cou- rante de préparer la surface du nez du moyeu en usinant cette surface habituellement en fonte à une rugosité de surface comprise entre 0,254 et 0,508 p.. Avec des surfa- ces plus lisses que ci-dessus défini, le joint n'a pas de lubrification et, de ce fait, le joint s'use. On a trouvé que lorsque les surfaces avaient une rugosité plus granrde que celle ci-dessus définie, le joint en matière élastomère t;tait usé par le frote:::ent ou entaillé. Par exemple, dans le manuel de la Société des Ingénieurs de l'Automobile des Etats-Unis d'Am'ri- que (SAE-Handbook) pour 1977, à la page 28.41, sous le titre "Transmissions", il est prescrit, en ce qui con- cerne la surface de l'arbre dans une installation de joint tournant, que "la rugosité de surface doit être spécifiée comme étant de 0,254 à 0,508 jV". La publica- tion "Oil Seals" Sec. R, édition révisée de 1964, pu- bliée par Chicago Rawhide Manufacturing Company, p. 56 contient cette indication que "le fini de surface de l'arbre dans la région de contact du joint doit être de préférence, de 0,254 à 0,508 , la limite inférieure étant préférée pour les grandes vitesses". Dans le "Bearing Technical Journal" publié par FLC, il est in- diqué, au chapitre 6, sous le titre "Sealing" (Joints d'étanchéité) que "pour une application efficace des joints à contact du type à lèvre, le fini de surface doit être de 0,254 à 0,508 j". Dans la revue "Liachine Design" du 30 Juin 1977, il est indiqué à la page 264, au cours de l'étude de joints à lèvre radiale (un joint d'arbre tournant) que l'arbre pour un tel joint "doit avoir un fini de surface de 0,254 à 0,508 t". Compte tenu de la nécessité actuelle d'ac- croitre le rendement du carburant utilisé dans les vé- hicules automobiles, les concepteurs se sont orientés chaque fois que cela est possible vers l'emploi de ma- tériaux plus légers, tels que l'aluminium, pour un grand nombre d'éléments de moteurs. Cependant, l'alumi- nium est un métal extrêmement tendre par rapport à la fonte et il ne conviendrait pas en tant que simple ma- tière de remplacement de la fonte dans le moyeu d'un amortisseur de vibrations de torsion. La lèvre du joint d'étanchéité en matière élastomère ou d'un autre type qui est souvent comprimée par un ressort provoquerait une usure excessive du nez eh aluminium relativement tendre du moyeu de l'amortisseur. Une solution pour obtenir les avantages d'un moyeu d'amortisseur fabriqué en une matière plus légère, telle que l'aluminium, tout en résolvant le problème de l'usure a consisté à munir le nez du moyeu d'un manchon en acier ou autre métal dur. Le manchon est préparé à une rugosité de surface conforme aux enseigne- ments de la technique antérieure et le joint d'étanchéi- té vient en appui contre le manchon. Bien qu'elle résol- ve le problème de l'usure du nez de moyeu, cette solu- tion nécessite la fabrication et la finition de surfa- ce séparée d'un manchon métallique ainsi que les étapes de fabrication supplémentaires nécessaires pour fixer et aligner le manchon sur le nez du moyeu. Conformément à la solution de la présente invention, on a trouvé que l'aluminium, avec sa légère- té avantageuse, peut être utilisé à la place de la fon- te comme matière de construction du moyeu d'un amortis- seur de vibrations de torsion à condition que la surfa- ce de l'aluminium soit munie d'un revêtement approprié pour accroître sa dureté (résistance à l'usure). Cepen- dant, une telle substitution, c'est-à-dire l'utilisa- tion d'aluminium muni d'un revêtement de surface, en- traîne cet inconvénient apparent que la rugosité de surface de l'aluminium revêtu, selon le procédé d'en( duction de surface utilisé (que l'on décrira ci-après), est comprise entre 1,524 et 1,778 jp. Une telle rugosité de surface est nettement supérieure à l'intervalle de 0, 254 à 0,508 jL considéré nécessaire par les auteurs dans ce domaine. Par conséquent, il semblerait initia- lement que le remplacement de la fonte par une surface d'aluminium revêtue ne pourrait pas être effectué du fait de cette rugosité de surface accrue. On a observé cependant que, d'une manière inattendue, cette surface du nez du moyeu plus rugueuse ne dégrade pas le joint en matière élastomère. Encore un autre avantage présenté par la solution de la présente invention a trait également à l'utilisation de l'aluminium comme matière pour le moyeu d'un amortisseur de vibrations de torsion par ailleurs classique de ce type. Les tentatives antérieu- res effectuées en vue d'utiliser de l'aluminium pour le moyeu ont résulté dans la formation d'une couche d'oxy- de d'aluminium à l'interface de la partie radialement la plus intérieure de l'organe en matière élastomère de l'amortisseur et de la partie radialement la plus extérieure du moyeu. On pense que le mécanisme de for- mation d'oxyde d'aluminium est le suivant. Du fait de l'action de l'humidité de l'air ou de la présence d'eau provenant de la pluie ou d'un appareil de lavage de véhicules ainsi que de l'action de l'eau salie sous forme d'éclaboussures produites pendant que le véhicule roule sur des routes salées pendant les périodes de verglas et de neige, de l'oxyde d'aluminium se forme initialement sur les deux faces axiales de l'amortisseur à l'interface de l'élastomère et du moyeu. Après forma- tion d'une quantité relativement petite d'oxyde d'alu- minium, cette action continue. La formation d'oxyde d'aluminium se déplace axialement en direction du cen- tre de l'amortisseur jusqu'à ce que, finalement, la plus grande partie, sinon la totalité, de la surface radialement la plus extérieure du mioyeu d'amortisseur en aluminium est revêtue d'oxyde d'aluminium. On sait que les particules d'oxyde d'aluminium sont extrêmement dures. L'oxyde d'aluminium est souvent utilisé comme abrasif, par exemple dans la toile émeri ou dans le papier de verre utilisé pour le polissage. Cependant, on sait que, dans un amortisseur de vibrations de torsion de ce type, l'é1asto:m.re est soumis à des flexions dues aux forces d'inertie. Il existe ainsi une tendance à ce qu'il se produise une rotation relative entre le moyeu et l'organe en matière élastomère. Si des particules d'o/de d'aluminium sont situées à l'interface de ces deux organes, l'action se traduit nécessairement par une abrasion. Cependant, grâce & l'application de la présente invention, on a trouvé qu'en revetant la surface du moyeu aux emplacements o il est en contact avec l'élastomère, la formation d'ory- de d'aluminium est empoch'e. Ainsi, l'organe en matiè- re élastomère d'un amortisseur ayant un moyeu fabriqué ccnformémént aux principes de la présente invention a une plus longue durée de vie. Un troisième avantage qui résulte de l'ap- plication de la présente invention est la protection de toutes les surfaces du moyeu en aluminium, exposées à l'atrL:osphère ambiante, par le revêtement. Ceci empêche le piquage et autres dégradations de la surface du moyeu. En pratique, il s'avère plus commode de rev'tir la totalité de la surface du moyeu en aluminium plutôt que de ne revêtir que des parties de cette surface. Ainsi, I'application de la présente invention offre trois avantages, à savoir, la protection de la totalité de la surface du moyeu, l'empêchement de la formation d'oxyde d'aluminium à l'interface moyeu en aluminium-organe en matière élastomère et la non dégradation du joint d'ar- bre en cacutchouc par la surface revêtue (d'un lubri- fiant solide anodisé) dont la rugosité est plus grande que celle reco=anad6e par les fabricants de join:ts d' étachéitéo D'autres caractéristiques de l'invention apparaitrcnt a la lecture de la descrinticn au: va sui- vre et à l'examen., du essin annexé dans l-..el - la figure unique repr'. serte une vue en coupe d'un amortisseur de vibrations de torsion selon l'invention. Sur le dessin auquel on se référera main- tenant plus en détail, la référence générale 10 d-csigne un amortisseur de vibrations de torsion d'une configu- ration approximativement classique et dont le nez de moyeu est muni d'un revêtement selon l'invention. La référence 12 désigne une bague inertielle, habituelle- ment en fonte, dont la périphérie intérieure est fixée à la périphérie extérieure d'une bande ou anneau 14 en matière élastomère. La périphérie intérieure de l'an- neau en matière élastomère 14 est en contact avec la périphérie extérieure d'un moyeu 16. Le moyeu est ha- bituellement fabriqué en fonte bien que, dans le cas de la présente invention, il soit fabriqué en un métal plus léger, à savoir en aluminium. La référence 18 dé- signe des ouvertures habituelles formées dans une face du moyeu pour la fixation de poulies de prise de mou-;e- ment auxiliaire. La référence 20 désigne une protubéran- ce du moyeu 16 s'étendant axialement, cette protubéran- ce se terminant par une partie de nez 22. La référence 26 désigne un moteur à combustion interne représenté schématiquement tandis que la référence 28 désigne une plaque de fermeture avant du moteur qui est munie de l'ouverture représentée. La référence 30 désigne un engrenage de distribution qui est monté sur une partie 34 de plus petit diamètre du vilebrequin 32 du moteur. La référence 36 désigne l'une quelconque de deux cla- vettes positionnees dans une rainure de clavette 37 du 3C prolongement 20 du moyeu pour assurer la solidarisa- tion en rotation du vilebrequin et de l'amortisseur 10 de vibrations de torsion. La référence 40 désigne une une rondelle dont une face est en butée contre une par- tie 44 de petit diamètre d'une cavité centrale du moyeu 16, un boulon 42 traversant la rondelle 40 et pénétrant dans un évidement taraudé 38 formé dans la partie 34 du vilebrequin 32. La référence 50 désigne un joint d'étanchéité classique, représenté ici comme étant cons- titué par un organe d'étanchéité annulaire 52 en matiè- re élastomère comprimé par un ressort annulaire et monté dans un manchon, le joint d'étanchéité 52 étant appliqué élastiquement et radialement vers l'intérieur contre la partie d'arbre du nez 22. Conformément aux enseignements de la pré- sente invention, le moyeu 16 est fabriqué en aluminium revêtu d'une manière spécifique. L'aluminium, comme précédemment noté, est un métal relativement tendre et il constituerait, tel quel, une matière inappropriée pour la construction du moyeu 16. La partie de nez 22 serait déformée par l'usure du fait du contact à frot- tement de sa surface extérieure avec la matière élasto- mère 52 du joint 50. Suivant la présente invention, un revêtement 54 est placé sur le moyeu. Le revêtement est effectué par anodisation sur le moyeu 16 de particules de lubrifiant solide, telles que des particules de "Tîé- flon". La rugosité de surface du revêtement 54 est com- prise entre 1,524 et 1,778 i , intervalle qui a été dé- terminé par des essais. Ainsi, en contradiction avec les recomman- dations des spécialistes de la technique des joints d'étanchéité, dont les citations faites ci-dessus, re- latives à la rugosité de surface des arbres qui doivent être utilisés avec des joints tournants, constituent des exemples, le revêtement de surface 54 ne provoque ni dégradation ni endommagement de l'élastomère 52 du joint 50 malgré la rugosité de surface de 1,524 à 1,778 il, rugosité qui dépasse l'intervalle recommandé de 0,254 à 0,508 p. Le moyeu 16 a été revêtu par la Société N5imet Industries, Inc., South Bend, Indiana, et West Spring- field, Massachussetts (Etats-Unis d'Amérique). Le re- v8tement est un revêtement anodisé imprégné de Téflon (polytétrafluoroéthylène). Cependant, le procédé d'ap- plication du rev9temert ne constitue pas une partie critique de la présente invention. D'autres procédés d'application de revêtement peuvent être utilisés, tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 567 597 et N 3 808 111 aux noms de Hovey et Ehan, qui décrivent des revêtements et des procédés d'application d'un revêtement auquel du Téflon est incorporé. REVENDICATIONS 1) Joint d'étanchéité de nez de moyeu ro- tatif pour le nez du moyeu d'un amortisseur de vibra- tions de torsion du type comportant une bague inertielle extérieure, un organe en matière élastomère radiale- ment intermédiaire et un moyeu intérieur, le joint étant du type qui comprend une lèvre de joint en matière élastomère ayant une partie qui entoure le nez du moyeu et est en appui superficiel contre cette partie dans une région axiale du moyeu, cette construction étant caractérisée en ce que le moyeu (16) est fabriqué en aluminium, le nez (22) du moyeu comportant un revête- ment (54) de lubrifiant solide anodisé, au moins au niveau de sa surface de contact avec la lèvre de joint d'étanchéité en matière élastomère, le nez de moyeu revêtu ayant une rugosité de surface comprise entre 1,524 et 1,778 ji de telle sorte que le joint tournant entre la lèvre de joint d'étanchéité en matière élasto- mère et le nez de moyeu rotatif fonctionne d'une maniè- re équivalente à une construction de nez de moyeu ro- tatif classique dans laquelle le moyeu est fabriqué en fonte ayant une rugosité de surface non revêtue compri- se entre 0,254 et 0,508 p. 2) Joint d'étanchéité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les particules de lubri- fiant solide (54) sont des particules d'un polymère fluorocarboné. 3) Joint d'étanchéité selon la revendica- tion 2 caractérisé en ce que les particules de lubri- fiant solide (54) sont des particules de polytétra- fluoroéthylène. 247824-4 4) Un amortisseur de vibrations de tor- sion du type comportant une bague inertielle extérieu- re, un orEane en matière élastomère radialement inter- médiaire et un moyeu intérieur, caractérisé en ce que le moyeu (16) est fabriqué en aluminium, le moyeu comportant un revêtement anodisé (54) d'un lubrifiant solide sur au moins sa surface radialement extérieure, surface qui est en contact avec la matière élastomère pour former une interface avec elle, de sorte que le revêtement empêche la formation d'oxyde d'aluminium à l'interface, oxyde qui, s'il était présent, dégrade- rait la matière élastomère au niveau de l'interface. caractérisé solide (54) carboné. caractérisé solide (54) thylène. ) Amortisseur selon la revendicatio9 4, en ce que les particules de lubrifiant sont des particules d'un polymère fluoro- 6) Amortisseur selon la revendication 5, en ce que les particules de lubrifiant sont des particules de polytétrafluoroé-