Brevet FR2498719A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité à joint d'étanchéité glissant frontal, ce dispositif comportant - un bottier métallique cylindrique en t8le ouvert à une extrémité et doté, à son autre extrémité, d'une paroi annulaire formant fond; - une bague d'étanchéité rigide à glissement frontal, mobile axialement dans ledit bottier, sans possibilité de rotation, et située au voisi- nage de ladite extrémité ouverte; I - un ressort élastomère en forme de coupelle, dépourvu de contre- I dépouilles et comprimé axialement entre la bague et la paroi du fond. du bottier, le bord libre de ce ressort en forme de coupelle étant de façon étanche en contact circonférentiel avec la zone de transition entre le fond et la paroi latérale du bottier et la paroi latérale de r ce ressort en coupelle ayant sa convexité tournée vers la paroi lat- t rale du bottier de façon à établir avec cette dernière un contact | étanche qui augmente lorsque le ressort est comprimé, ce ressort en | coupelle comportant en outre, à sa petite extrémitt, une base annu- | laire en élastomère qui est dirigée radialement vers l'axe du ressort j et qui est en contact étanche avec la bague annulaire par une plura- t lité de crêtes circulaires concentriques, formées sur la face frontale de cette base; et - un ressort de compression hélicoïdal qui est placé dans la cavité du.1 ressort en forme de coupelle, coaxialement I celui-ci, et qui, par une extrémité, effectue une pression axiale sur la base du ressort en forme de coupelle avec laquelle il est en contact et, par son autre extrlmité, est en contact avec le fond du bottier. Des dispositifs d'étanchéité sur surfaces tournantes, du type précité, constituent l'objet d'une demande de certificat d'utilité français 80 13711 déposée le 20 juin 1980 par la demanderesse et inti- tulée "Joint d'étanchéité à glissement frontal". L'objet de la présente invention est d'améliorer l'étanchéité entre les crêtes circulaires et la bague rigide glissante contre laquelle l'étanchéité est réalisée. A Selon l'invention, cet objet est réalisé en ce que, pour améliorer l'étanchéité entre les crêtes circulaires et la bague rigide d'étanchéité à glissement, il est prévu un anneau rigide répartiteur de pression, à circonférence ininterrompue, qui, vu en coupe, est plan, et; qui est situé dans la partie annulaire de la base du ressort en forme de coupelle, qui reçoit la poussée du ressort hélicoïdal et en ce que _T w la surface circonfgrentielle extérieure de ladite base est dotée d'une gorge circonférentielle rentrant radialement. L'anneau répartiteur de pression sert à répartir la poussée du ressort hélicoïdal sur la tota- lité de la circonférence de toutes les crêtes circulaires entourées par la crête la plus extérieure. En même temps, le contact d'étanchéité entre cette dernière et la bague à contact glissant étanche est amélioré par la pression hydraulique agissant dans la gorge. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o - la figure1 représente une vue en coupe par un plan axial d'une forme de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est une vue-agrandie d'une partie de la figure 1. Conformément à la demande de certificat d'utilité précitée, on peut voir l'axe X d'une pompe de circulation, laquelle comporte un carter 10, un rotor 12, un moyeu de rotor 14 et un arbre d'entraî- nement 16 qui traverse une ouverture 18 dans le carter. L'arbre d'entratnement 16 est supporté radialement et axialement dans l'ouver- ture par des organes de portée ou de roulement qui ne sont pas repré- sentes. Le rotor 12 est immergé dans l'eau de refroidissement du moteur, la pression maximale P de cette eau dépendant du calibre de la prise de sortie allant au circuit de refroidissement. Typiquement, cette pression est de l'ordre de 0,78 à I bar. Afin d'empêcher la fuite de l'eau le long de l'arbre 16, le carter 10 est pourvu d'un dispositif d'étanchéité désigné dans son ensemble par la lettre G. Ce dispositif d'étanchéité comporte un bottier cylindrique métallique en tôle 20, qui est placé jointivement et avec étanchéité dans le carter 10 et qui comporte une paroi annulaire de fond 20A, disposée concentriquement à l'axe X. Le bottier 20 est ouvert du c8té du rotor r2 et contient une bague plate en graphite 22 capable de coulisser axialement dans l'extrémité ouverte du bottier, mais bloquée en rotation par des enfoncements ou bossages radiaux 20B du bottier qui sont en condition d'engagement avec des dépression& corres- pondantes 22B dans la bague 22. Les faces opposées de la bague 22 sont plates et lisses, et la face extérieure est en contact frontal de glis- sement étanche avec la face lisse plane correspondante 14A du moyeu de rotor 14, qui peut être en état de rotation ou être stationnaire. 3 1 Deux él ments élastiques poussent axialement la bague 22 en la mettant en contact frontal étanche avec le moyeu de rotor 14. Le premier ilément élastique comporte un ressort 24 en forme de coupelle, | fait de caoutchouc ou d'un ilastomère. Le ressort en coupelle 24 est extérieurement convexe, c'est-a-dire qu'il est ouvert vers la paroi annulaire du fond 20A du bottier 20, et son extrémité libre 24A est appliquée contre la zone de la transition entre le fond 20A et la paroi | latérale du bottier 20, de façon I réaliser une jonction circonfé- rentielle Étanche continue. Conformément I la demande de certificat d'utilité antérieure citée, ce contact étanche peut aussi s'étendre I la paroi latérale du bottier, selon le degré de compression axiale du ressort en forme de coupelle. Ce dernier comporte en outre une base annulaire 26, en caoutchouc, qui est formée d'un seul tenant avec le corps, en forme de coupelle, du ressort, sur la petite extrémité de celui- ci, et qui est dirigée radialement vers l'axe X. La face frontale externe de la base 26 comporte, formées sur elle, trois nervures circu- laires 28, 30, 32 qui sont concentriques I l'axe X et qui ont chacune une section génératrice en triangle avec angle au sommet de l'ordre de quatrevingt-dix degrés, de sorte que ces nervures circulaires forment trois cr&tes circulaires continues 28A, 30A, 32A, situées dans un plan commun qui est perpendiculaire à l'axe X. Dans la condition d'assem- blage, ces crêtes sont pressées par le corps du ressort 24 en forme de, coupelle, ce qui crée un contact étanche avec la face intérieure lisse et plane de la bague en graphite 22, de façon à emp8cher l'eau se trouvant sous la pression P de s'échapper par le trajet indiqué par les flèches F sur la figure 1. Le deuxième élément élastique maintenant la pression de contact entre la bague en graphite 22 et la face 14A du moyeu de rotor 14, comporte un ressort hélicoïdal 34 qui est placé dans la cavité du ressort en coupelle 24, coaxialement à celui-ci. Une dernière spire du ressort 34 est en contact axial de pression avec la face transver- sale interne 26& de la base 26 du ressort en coupelle, tandis que l'autre spire terminale applique une force de réaction contre la paroi de fond 20A du bottier 20 et est centrée pat rapport à l'axe X par un bord embouti 20C de la paroi du fond 20A. Dans un dispositif d'étanchéité normal pour véhicules auto- mobiles, le ressort en coupelle 24 applique à la bague en graphite 22 une poussée axiale d'environ quarante newtons à laquelle est ajoutée une force d'environ cinquante à soixante newtons exercée par le ressort hélicoïdal 34. La structure décrite jusqu'ici correspond, pour l'essentiel, à celle constituant l'objet de la demande de certificat d'utilité anté- rieure mentionnée plus haut. En pratique, la pression P tend à s'accroître, du fait du calibrage défectueux du raccord de reniflard du circuit de refroidis- sement, ou du fait d'un défaut (par exemple dép8ts ou incrustations) qui se développe dans le raccord pendant l'utilisation du véhicule. Dans cette éventualité, l'eau dans le circuit de refroidissement tend à fuir entre la bague en graphite 22 et les crêtes 28À, 30A, 32A, en suivant le trajet indiqué par les flèche P sur la figure 1. Cette fuite, m&me. limitée, conduit à l'érosion des crêtes et/ou de la-bague en graphite, de sorte que l'étanchéité du joint est compromise. n s'est avéré que l'érosion la plus notable se produisait dans la zone de la bague 22 et/ ou des crêtes 30A et 32A, qui est en alignement axial avec une inter- ruption du cercle formé par la dernière spire 34A du ressort 34, c'est- à-dire en alignement axial avec l'extrémité de la spire. Selon la présente invention, un anneau plat ininterrompu 36, sensiblement rigide, est incorporé dans la zone annulaire de la base 26 du ressort en forme de coupelle, zone qui est soumise à la pression du ressort hélicoidal 34, afin de répartir la pression du ressort unifor- mément sur toute la circonférence des crêtes 30A, 32A situées en avant de cet anneau 36. En pratique, l'anneau 36 est découpé dans de la feuille d'acier d'épaisseur appropriée, et pressé dans la base 26 adja- cente à la face 26A. Le diamètre moyen de l'anneau 36 est sensiblement égal au diamètre D de la spire 34A, et sa largeur radiale L englobe les deux crêtes 30A, 32A. Dans la forme de réalisation représentée, la largeur L excède sensiblement la largeur radiale des deux nervures 30, 32 qui forment les deux crêtes précitees. Si l'on considère la crête la plus à l'extérieur 28A, on peut voir sur la figure 2 qu'une composante axiale P' de la pression hydrau- lique P agit sur le côté extérieur 28B de la nervure 28, ce qui tend à réduire la pression du contact entre la crête 28A et la bague en graphite 22 (figure 1). Cette tendance s'accroît si la pression P dans le circuit de refroidissement augmente. Selon la présente invention, la surface périphérique cylindrique extérieure 26B de la base 26 est munie d'une gorge radiale circonf6rentielle 38. Ainsi, l'eau à la pression P à agit sur une face 38A de cette gorge 38 pour donner naissance I une composante axiale P" opposée à P'. La composante P" est d'autant plus grande que la profondeur S' de la gorge 38, mesurée depuis la surface 26B, est grande. Par suite, si l'on considère la figure 2, il est manifeste que si la profondeur S' est égale à la distance radiale S entre la crête 28A et la surface 26B, les composantes P' et P" sont alors conustamment compensées. Cet effet est indépendant de la largeur et de la forme de la section droite de la gorge. En pratique, pour éli- miner les fuites déplorées plus haut, il suffit que la valeur de la 3 profondeur S' soit d'au moins cinquante pour cent de la distance S, tandis que, d'autre part, il est préférable d'éviter que la valeur S' soit plus grande que la valeur S,.car cela rendrait plus difficile la démoulage du ressort en forme de coupelle lors de sa fabrication. Par exemple, avec un ressort an coupelle dont la surface cylindrique 26B possède un diamètre de vingt-huit millimètres, et dont la distance S est égale I 0,8., la gorge 38 peut avoir une profondeur S' d'environ 0,6 I 0,7 m, et une largeur de valeur identique. Bien entendu, l' exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de ltiqvention. -T t g I r I I I j g i I I i *1 *1 i. j. j. I j t I j j j- I. A Iv 1% A -2498719 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité à joint d'étanchéité glissant frontal, ce dispositif comportant: - un bottier métallique cylindrique en t8le ouvert à une extrémité et doté, à son autre extrémité, d'une paroi annulaire formant fond; - une bague d'étanchéité rigide à glissement frontal, mobile axialement dans ledit bottier, sans possibilité de rotation, et située au voisi- nage de ladite extrémité ouverte; - un ressort élastomère en forme de coupelle, dépourvu de contre- dépouilles et comprimé axialement entre la bague et la paroi du fond du bottier, le bord libre de ce ressort en forme de coupelle étant de façon étanche en contact circonférentiel avec la zone de transition entre le fond et la paroi latérale du botîtier et la paroi latérale de ce ressort en coupelle ayant sa convexité tournée vers la paroi laté- rale du bottier de façon à établir avec cette dernière un contact étanche qui augmente lorsque le ressort est comprimé, ce ressort en coupelle comportant en outre, à sa petite extrémité, une base annu- laire en élastomère qui est dirigée radialement vers l'axe du ressort et qui est en contact étanche avec la bague annulaire par une-plura- lité de crêtes circulaires concentriques, formées sur la face frontale de cette base; et - un ressort de compression hélicoidal qui est placé dans la cavité du ressort en forme de coupelle, coaxialement à celui-ci,. et qui, par une extrémité, effectue une pression axiale sur la base du ressort en forme de coupelle avec laquelle il est en contact et, par son autre extrémité, est en contact avec le fond du bottier; ce dispositif étant caractérisé en ce que, pour améliorer l'étanchéité entre les crêtes circulaires (28A, 30A, 32A) et la bague ridige d'étan- chéité à glissement (22), il est prévu un anneau rigide répartiteur de pression (36), à circonférence ininterrompue, qui, vu en coupe, est plan et qui est situé dans la partie annulaire (26) du ressort en forme de coupelle (24), qui reçoit la poussée du ressort hélicoïdal (34), et en ce que la surface circonférentielle extérieure (26B) de ladite base est dotée d'une gorge circonférentielle (38) rentrant radialement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de l'anneau répartiteur de pression (36) occupe une plage radiale incluant la largeur radiale de toutes les crêtes (28A, 30A, 32A) entourées par la crête la plus à l'extérieur (28A). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- tdrisé en ce que la profondeur radiale (S') de la gorge (38), mesurée depuis la surface circonférentielle (26B) de la base du ressort en forme de coupelle (24), est d'au moins cinquante pour cent de la distance radiale (S) comprise entre la crête la plus à l'extérieur (28A) et ladite surface. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la profondeur (S') de la gorge (38) n'excède pas ladite distance radiale (S). I ---w I