Brevet FR2491575A1 — publié le 19820409

Perfectionnements aux joints d'étanchéité à lèvre pour arbres rotatifs. L'invention concerne les joints d'étanchéité destinés à assurer l'étanchéité au passage d'un arbre rotatif d'axe horizontal ou sensiblement horizontal à travers une paroi étanche séparant deux milieux dont le premier est de préférence l'atmosphère et dont le second est le siège de ruisselements et/ou projections de liquide, lesdits joints comportant à cet effet une lèvre annulaire continue, de préférence en élastomère, montée dans une ouverture de la paroi et enserrant join tivement l'arbre. Une application intéressante de tels joints est l'étanchéité de l'arbre de transmission d'un véhicule au niveau de son entrée dans le carter du pont de ce véhicule, carter sur les parois intérieures duquel de l'huile de lubrification est projetée par le mouvement de pignons entrainés par l'arbre. L'invention est particulièrement appréciable dans le cadre d'un perfectionnement concernant le cas où l'arbre est porté par un roulement à rouleaux coniques si tué dans le milieu où se manifeste le ruissellement ou analogue. Elle a pour but,surtout,d'améliorer la résistance et la longévité des joints en question lors de leur travail à grande vitesse et à température élevée. Elle est essentiellement caractérisée en ce qu'un joint du genre en question comprend, faisant corps avec lui, une poche à fond percé, ouverte vers le haut, propre à recueillir du liquide de ruissellement et à l'acheminer par gravité contre le sommet de la lèvre dudit joint, des moyens étant prévus pour éloigner le liquide en question de la lèvre après qu'il ait rempli son rôle de refroidissement de celle-ci. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - les moyens d'évacuation du liquide comprennent une gorge hélicoidale réservée entre le joint et l'arbre et dont l'origine se trouve au meme niveau axial que le fond percé de la poche, - dans un joint du genre ci-dessus, destiné à assu- rer l'étanchéité vis-à-vis d'un arbre rotatif monté sur un roulement à rouleaux coniques disposés du côté de la paroi étanche où est créé le ruissellement de liquide, il est prévu une seconde poche à fond percé, ouverte vers le haut, propre à recueillir du liquide de ruissellement et à l'acheminer par gravité vers le sommet de la portée annulaire contre laquelle les fonds extérieurs des rouleaux sont appliqués, - dans un joint selon l'alinéa précédent, la paroi séparant les deux poches est agencée de façon à guider une fraction du débit du liquide ruisselant sur la paroi étanche vers l'une des poches et une autre fraction de ce débit vers l'autre poche, - chaque poche est constituée en élastomère, - chaque poche est venue d'une seule pièce avec la lèvre, - dans un joint selon l'alinéa précédent, la lèvre est portée par unvoile transversal annulaire dont la zone supérieure constitue l'une des parois de la poche affectée au refroidissement de cette lèvre, - dans un joint selon l'alinéa précédent, le voile est relativement mince, renforcé par des nervures longitudinales, et plissé, notamment par rétreint à partir de sa périphérie et/ou par expansion à partir de sa face annulaire interne. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en meme temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ces dessins,montre en demicoupe axiale l'ensemble, établi conformément à l'invention, d'un joint d'étanchéité à lèvre, de l'arbre sur lequel ce joint est monté, d'une portion d'une paroi portant ledit joint et d'une portion d'un roulement portant ledit arbre. La figure 2 montre en coupe axiale une variante d'un tel ensemble, également conforme à l'invention. Les figures 3, 4 et 5 montrent partiellement encore une variante conforme à llinvention d'un ensemble tel que défini ci-dessus, respectivement en coupe axiale selon III-III, figure 4, en vue en bout selon la flèche IV de la figure 3 et en coupe horizontale selon la flèche V de ladite figure 3. La figure 6 est une vue schématique d'une partie de la figure 1 selon la flèche VI. Dans les modes de réalisation illustrés, on se propose d'assurer l'étanchéité au passage d'un arbre rotatif 1 d'axe horizontal à travers une paroi étanche 2 séparant l'atmosphère extérieure A d'un milieu B qui est le siège d'un ruissellement de liquide, schématisé par les flèches F sur la figure 1. L'arbre 1 est par exemple l'arbre de transmission d'un véhicule et la paroi, celle du carter du pont de ce véhicule, dans lequel les rotations de certains organes entrainés-par l'arbre 1 projettent de l'huile de lubrification, constituant le liquide de ruissellement. La paroi 2 est perforée d'une ouverture 3 dans laquelle est monté, d'une façon connue en soi, un joint d'étanchéité comprenant - d'une part, une lèvre annulaire 4 en élastomère enserrant jointivement l'arbre 1, par exemple grâce à un ressort à boudin 5 enroulé selon un tore, - et, d'autre part, une ou plusieurs viroles métalliques de montage 6, 7. La zone annulaire étroite 8 de contact entre la lèvre 4 et l'arbre 1 est sujette à échauffement lors des rotations de ce dernier. Pour la refroidir efficacement, selon l'invention, on prévoit une poche 9 faisant corps avec le joint et présentant un fond percé 10, cette poche étant agencée de façon à recueillir automatiquement une fraction de liquide de ruissellement et à l'acheminer par gravité, à travers le fond 10, contre la zone de travail 8 de la lèvre 4. Après avoir rempli son râle de refroidissement, le volume en question doit etre évacué avec les calo- ries qu'il a recueillies au contact de la lèvre. On prévoit à cet effet des moyens d'évacuation de tout type désirable. Dans les modes de réalisation illustrés, ces moyens comprennent un chemin hélicoidal délimité intérieurement par l'arbre 1 et extérieurement par-une gorge hélicoïdale 11 pratiquée dans un col cylindrique 12 prolongeant cylindriquement autour de l'arbre 1 le fond de la poche 9, ledit col permettant par ailleurs un positionnement stable de ladite poche par rapport à l'arbre et au reste du joint. L'extrémité amont de la gorge hélicoïdale l1 se trouve sensiblement au meme niveau axial que le fond 10 de la poche. Cette gorge s'étend ensuite axialement dans le sens opposé à celui qui relie le fond 10 de la poche à la zone de contact 8 entre la lèvre et l'arbre. Enfin, l'extrémité aval de ladite gorge débouche dans le milieu B, de préférence au-dessous de l'arbre 1. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la poche 9 et la lèvre 4 sont constituées par des éléments en élastomère indépendants l'un de l'autre et réunis entre eux à l'aide d'une virole métallique 7. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la poche 9 et la lèvre 4 sont venues toutes deux de moulage en un seul bloc. Ce bloc comporte en outre une cloison transversale 13 délimitant la face, de la poche 9, axialement la plus proche de ladite lèvre. Pour compenser les éventuels défauts de centrage entre le joint et l'arbre, il convient que ledit joint n'oppose qu'une faible résistance à ses déformations transversales dynamiques, dites de "fouettement". Il convient à cet effet de donner au voile 13 une faible épaisseur en direction axiale et donc de compenser cette faible épaisseur par des nervures longitudinales, c'est-à-dire parallèles à la direction axiale C'est un tel mode de réalisation qui a été illustré sur les figures 3 à 5, où les nervures en question ont été désignées par la référence 14. Pour assurer une grande déformabilité transversale du joint obtenu, on plisse en outre avantageusement la cloison 13 et les nervures 14. Les plissements en question peuvent être prévus dès le moulage. Selon une variante avantageuse, on crée lesdits plissements - soit en faisant subir un rétreint radial à une virole métallique (6 sur la figure 3) à l'intérieur de laquelle est logé et adhéré, le joint, - soit en faisant subir une expansion radiale à la face annulaire interne de la lèvre, notamment par l'introduction axiale à force dans celle-ci d'une bague métallique 15 dont le diamètre extérieur est légèrement supérieur au diamètre intérieur de ladite face et/ou par un montage en extension élastique de la sèvre 4 sur l'arbre 1. On voit respectivement sur les figures 4 et 5 les plissements qui sont ainsi engendrés respectivement dans la cloison transversale 13 selon des directions radiales en 16, c'est-à-dire avec des crêtes et fonds s'étendant en substance radialement autour de ì l'axe de l'arbre, et dans les cloisons 14 selon des directions longitudinales en 17, ces derniers plissements s'étendant donc selon des tuiles incurvées dont les génératrices sont parallèles audit axe. Les plissements en question 16 et 17 facilitent les déformations transversales du joint puisque leur présence permet de faire travailler essentiellement ce joint à la flexion et non pas au flambage ou à la com pression. Comme visible sur les dessins, la poche 9 est ouverte vers le haut, mais elle est fermée sur tout son pourtour horizontal, en particulier par la cloison transversale 13 qui porte la lèvre 4, si une telle cloison est prévue, par une seconde cloison transversale 18 plus éloignée de la lèvre vers l'intérieur du milieu B, et par deux cloisons longitudinales 19. En d'autres termes, ladite poche ne présente pas une forme de révolution autour de l'axe de l'arbre. La cloison transversale 18 peut avoir une relativement grande épaisseur longitudinale, comme représenté, car, comme elle se trouve relativement loin de la lèvre, il est inutile qu'elle soit facilement déformable transversalement. Sa section peut affecter une forme générale triangulaire délimitée supérieurement par une face inclinée vers le fond percé 10 et inférieurement par la zone supérieure du fond de la gorge hélicoidale 11. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, l'arbre 1 est porté par un roulement à rouleaux coniques 20 monté à l'intérieur du milieu B. Le point de convergence des axes de ces rouleaux est plus éloigné de la lèvre que les rouleaux eux-mêmes et les fonds extérieurs 2 desdits rouleaux sont appli quels par la force centrifuge contre une portée annulaire tronconique 22 de la cuvette 23 dudit roulement. Il convient de refroidir cette portée 22, contre laquelle glissent les rouleaux 20 en engendrant des échauffements. Selon un perfectionnement avantageux de l'invention, on fait comprendre à cet effet au joint d'é- tanchéité ci-dessus une seconde poche 24 ouverte vers le haut comme la précédente, propre à recevoir, elle aussi, une fraction du volume de liquide ruisselant dans le milieu B et à acheminer cette fraction de liquide, à travers un fond percé 25, au sommet de la portée 22. Ce fond percé 25 peut avoir une amplitude angulaire plus importante que celle du fond percé 10 ci-dessus (voir figure 6). Comme la poche 9, la poche 24 est fermée sur tout son pourtour horizontal, en particulier par une première cloison transversale 26 inclinée faisant bloc avec la cloison 18 ci-dessus, par une. seconde cloison transversale mince 27 s'étendant verticalement en regard des fonds 21 des rouleaux et par deux cloisons longitudinales 28. La cloison 27, du fait de sa position en regard des fonds 21, forme chicane et empêche que le liquide projeté par la force centrifuge vers l'extérieur du roulement conique (flèche f sur les fig. 1 et 2), liquide dont la température est en général relativement élevée, ne soit envoyé à l'intérieur de la poche 24 ou plus généralement vers la lè vre 4. On donne bien entendu à la ligne de crête de la paroi 18, 26 séparant les deux poches 9 et 24 un tracé tel que le débit de ruissellement créé dans le milieu B soit recueilli pour partie dans chacune de ces deux poches. C'est ainsi que, si le ruissellement en question se manifeste surtout le long d'une surface transversale surplombant la cloison transversale, de la poche 9, la plus éloignée du roulement, comme c'est le cas pour le ruissellement schématisé par les flèches F sur la figure 1, on donne audit tracé une forme dissymétrique ou inclinée par rapport aux plans transversaux telle que celle du L schématisé sur la figure 6 : l'une des parois longitudinales 19 de la poche 4 est alors formée par une partie de la paroi intermédiaire 18, 26 et la forme générale en plan de la poche 24 est alors celle d'un L chevauchant la poche 9, chacune de ces deux poches comprenant une zone située à l'aplomb du ruissellement. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contrainre, toutes les variantes, notamment - celles où les fonds percés des poches seraient délimités par des parois dont l'orientation générale ne serait pas nécessairement radiale, mais inclinée sur les directions radiales, de façon par exemple à orienter le débit du liquide de refroidissement selon la direction de déplacement de la face en regard de l'arbre, - celles où l'une au moins des poches ou godets 9 et 24 serait constituée, au moins en partie, en un matériau autre qu'un élastomère, notamment en métal. REVENDICATIONS 1. Joint pour assurer l'étanchéité au passage d'un arbre rotatif d'axe horizontal ou sensiblement horizontal à travers une paroi étanche séparant deux milieux dont le premier est de préférence l'atmosphère et dont le second est le siège d'un ruissellement de liquide ou ana igue, comportant à cet effet une lèvre annulaire continue montée dans une ouverture de la paroi et enserrant jointivement l'arbre, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une poche (9) à fond percé (10) ouverte vers le haut formant une seule pièce avec la lèvre (4), propre à recueillir du liquide de ruissellement et à l'acheminer par gravité contre le sommet de cette lèvre et des moyens pour éloigner le liquide en question de la lèvre après qu'il ait rempli son rôle de refroidissement de celle-ci. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation du liquide comprennent une gorge hélicoidale (11) réservée entre la poche et l'arbre (1) et dont l'origine se trouve au même niveau axial que le fond percé (10) de la poche. 3. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, destiné à assurer l'étanchéité vis-à-vis d'un arbre rotatif monté sur un roulement à rouleaux coniques disposé du côté de la paroi étanche où est créé le ruissellement du liquide, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une seconde poche (24) à fond percé (25), ouverte vers le haut, propre à recueillir du liquide de ruissellement et à l'acheminer par gravité vers le sommet de la portée annulaire (22) contre laquelle les fonds extérieurs (21) des rouleaux (20) sont appliqués, 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi (18, 26) séparant les deux poches (9 et 24) est agencée de façon à guider une fraction du débit du liquide ruisselant sur la paroi étanche t2i vers l'une des poches et une autre fraction de ce débit vers l'autre poche. 5. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'une au moins des poches (9, 24) est constituée en élastomère. 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une au moins des poches (9, 24) est venue d'une seule pièce avec la lèvre. 7. Joint d'étanchéité selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lèvre (4) est portée par un voile transversal annulaire (13) dont la zone supérieure constitue l'une des parois de la poche (9) affectée au refroidissement de cette lèvre. 8. Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce que le voile (13) est relativement mince, renforcé par des nervures longitudinales (14), et plissé, notamment par rétreint à partir de sa périphérie et/ou par expansion à partir de sa face annulaire interne. 9. Joint d'étanchéité selon l'une au moins des revendications 1 à 4, earactérisé en ce que l'une au moins des poches est constituée,au moins en partie, en métal.