Brevet FR2504231A3 — publié le 19821022

FR 2504231 A3 19821022 FR 8206395 A 19820414 2504 231 La présente invention concerne un joint d'étan- chéité destiné à être disposé entre deux organes mo biles l'un par rapport à l'autre, et plus particulièrement, mais non exclusivement,-un joint d'étanchéité destiné à être disposé entre la bague externe et la bague interne d'un palier à roulement, le joint d'étanchéité étant en particulier du type comprenant deux lèvres. On connaît de nombreux types de joints d'étanchéité destinés à être disposés entre les bagues d'un palier à roulement, et ainsi à isoler la cavité délimitée entre les deux bagues et dans laquelle sont logés les éléments rou- lants, du milieu environnant, afin qu'ils évitent les fuites de lubrifiant ou la pénétration d'agents de contamination, tels que l'eau et la poussière, dans la cavité. Parmi ces joints, le plus courant est un joint d'étanchéité comprenant un anneau métallique convenablement conformé de sorte qu'il puisse être emmanché par un assem- blage légèrement dur dans une portée spéciale aménagée dans la bague externe du palier à roulement, et une lèvre annulaire élastique en matière élastomère, montée de toute manière convenable sur l'anneau métallique et destinée à glisser,sous une pression prédéterminée, sur une surface spéciale aménagée sur la bague interne du palier, afin qu'elle forme avec cette surface un joint glissant. On connaît également des joints d'étanchéité du type muni de deux lèvres, et qui comprennent une bague mé- tallique de forme convenable destinée à être emmanchée par un ajustement légèrement dur dans la bague externe du pa- lier, et une seconde bague, en matière élastomère, munie de deux lèvres radiales destinées à glisser, sous une pres- sion déterminée, contre la surface externe de la bague in- terne, afin qu'elle forme avec cette surface un joint glis- sant arrêtant à la fois les acients de contamination ex- térieur, qui tendent à entrer dans la cavité, et le lubrifiant qui tend à sortir de cette cavité. Enfin, on connaît un autre type de joint d'étan- chéité qui comprend une bague de forme convenable en une 2504 234 matière élastomère, qui est destinée à être montée à frottement dans une portée spéciale de la bague externe et constitue un joint glissant sur la bague interne grâce à une saillie déformable poussée sous une pression prédéterminée contre la surface externe de la bague interne par un organe métal- lique élastique fixé sur la bague en matière élastomère. Les joints d'étanchéité présentés ci-dessus ne sont pas exempts d'inconvénients En particulier, les joints d'étanchéité du type muni de deux lèvres présentent souvent des dimensions hors-tout importantes, qui ne sont pas acceptables dans les applications concernant les paliers à roulement Les joints d'étanchéité munis d'une seule lèvre présentent des dimensions hors-tout limitées, mais sont d'une faible efficacité en ce qui concerne l'étan- chéité obtenue, dans la mesure o ils ne peuvent empêcher un passage que dans un seul sens (de l'extérieur vers l'in- térieur de la chambre qu'ils protègent, ou inversement) car une éventuelle pression s'exerçant dans un sens opposé à celui de la pression à laquelle les joints sont soumis en fonctionnement, peut soulever les lèvres d'étanchêité et ainsi annuler leur effet Enfin, même les joints d'Gtan- chéité munis d'un organe métallique élastique sont d'une faible efficacité en raison de la présence d'une unique zone de contact annulaire, de dimension limitée, entre la saillie déformable et la surface sur laquelle cette saillie glisse, bien que ces joints permettent d'éliminer en partie les inconvénients mentionnés ci-dessus. L'invention a pour objet un joint d'étanchéité du type décrit ci-dessus, ne présentant pas les inconvénients pré- cités et en particulier capable d'assurer une bonne étan- chéité de façon à empêcher simultanément toute fuite du lubrifiant hors de la chambre que le joint d'étanchéité protège et l'entrée de tout agent de contamination dans cette chambre, le joint d'étanchéité selon l'invention ayant de plus des dimensions hors-tout limitées. Le joint d'étanchéité selon l'invention, destiné à être disposé entre deux organes mobiles l'un par rap- 2504 231 port à l'autre, en assurant l'étanchéité entre une cavité délimitée entre les deux organes et le milieu extérieur entourant la cavité, comprend un premier et un second élément annulaire, destinés chacun à être monté sur l'un des deux organes et fixé rigidement à ce dernier, le premier des éléments annulaires présentant au moins une première et une seconde surface de glissement, sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre, le joint se caractérisant en ce qu'il comprend un troisième élément annulaire cons- titué d'une matière-molle et élastique et fixé rigidement au second élément annulaire, ainsi qu'un élément élastique logé dans une portée annulaire aménagée dans le troisième élément annulaire, ce troisième élément annulaire ayant une saillie annulaire déformable, destinée à glisser sur la première surface de glissement ainsi qu'une lèvre an- nulaire déformable dirigée dans une direction sensiblement perpendiculaire à la saillie déformable et destinée à glis- ser sur la seconde surface, l'élément élastique étant des- tiné à pousser avec une pression-prédéterminée la sail- lie et la lèvre contre les première et seconde surfaces de glissement respectivement. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un palier à roulement à deux rangées de billes, sur lequel est monté un joint d'étanchéité selon l'invention; et - la figure 2 est une coupe radiale à échelle agran- die d'un joint représenté sur la figure 1. Le palier à roulement représenté sur la figure l et désigné par la référence 1, comprend deux bagues inter- nes 2 symétriques, adjacentes l'une à l'autre, une bague externe 3 et deux rangées d'éléments roulants 4 logés dans une cavité 5 délimitée entre la bague externe 3 et les bagues internes 2 Les éléments roulants 4 roulent sur des chemins de roulement 6 et 7 aménagés respectivement sur- la surface interne 8 de la bague externe 3 et sur la 2504 231 surface externe 9 des bagues internes 2, et la cavité 5 est fermée à ses extrémités par des joints d'étanchéité disposés entre les bagues internes 2 et la bague ex- terne 3. Chacun des joints d'étanchéité 10, tel que celui représenté sur la figure 2, comprend un premier élément annulaire 11, emmanché par un assemblage légèrement dur dans une portée 12 aménagée sur la surface 8 de la bague externe 3, un second élément annulaire 14 assemblé par un assemblage légèrement dur sur la surface externe 9 de chaque bague interne 2, une bague d'étanchéité 15, fixée rigidement à l'élément 11 et logée dans une cavité déli- mitée entre les deux éléments 1 i et 14, et un élément élastique 18 monté sur la bague d'étanchéité 15. L'élément 11 est un élément métallique ou, dans tous les autres cas, un élément réalisé en une matière à haute résistance, présentant sensiblement la forme d'une cuvette ayant une paroi latérale 19 parallèle à l'axe de l'élément 11 et destiné à être emmanché dans la portée 12, ainsi qu'un fond 20, sensiblement perpendiculaire à la paroi latérale 19 et présentant un renflement 21, dirigé vers l'intérieur de la cavité 16 et coaxial à un trou central 22 percé dans le fond 20 De la sorte, le fond , qui est tourné vers les éléments roulants 4, lorsque l'élément 11 est monté dans la portée 12, présente, à sa partie délimitée par le renflement 21,un retrait 23 en regard des éléments roulants 4,et permet la réduction desdimensions axiales du joint d'étanchéité 10, en parti- culier dans le cas o, comme représenté sur la figure 1, les éléments roulants 4 sont des billes. L'élément annulaire 14 est également un élément métallique ou, dans tous les autres cas, un élément réa- lisé en une matière rigide à haute résistance, et pré- sente une partie en forme de manchon 24, d'une épaisseur convenable, destinéeà être emmanchéesur l'une des bagues internes 2, et un rebord 25 dirigé perpendiculairement à la partie en forme de manchon 24, à partir d'une extré- 2504 231 mité dirigée perpendiculairement à la partie en forme de manchon 24, depuis une extrémité 26 de cette dernière, et ayant un diamètre externe tel qu'un intervalle an- nulaire prédéterminé a est délnité entre ce rebord 25 et la paroi latérale 19 de l'élément annulaire 11, après l'assemblage, comme cela est représenté sur la figure 2, les deux éléments annulaires Il et 14 étant coaxiaux l'un à l'autre. Au contraire, la bague d'étanchéité 15 est réa- lisée en une matière molle, élastique et déformable, telle qu'une matière élastomère, ou une matière plastique rési- neuse synthétique, et est assemblée à l'élément annulaire 11 au voisinage du trou central 11 de ce dernier, de toute façon convenable, par exemple par vulcanisation, par col- lage, ou par soudage La bague 15 présente également un rebord 27 par lequel elle est fixée à l'élément annulaire 11, ainsi qu'une partie en forme de manchon 28, sensi- blement perpendiculaire au rebord 27, et sur la surface extérieure 29 de laquelle est aménagée une gorge annulaire 30 destinée à loger l'élément élaastique 18 qui est un ressort hélicoidal enroulé en anneau autour de la partie en forme de manchon 28, afin qu'il exerce sur cette der- nière une force sensiblement perpendiculaire à l'axe de la bague 15 Au voisinage de l'élément élastique 18, le rebord 27 présente également un espace annulaire 31 en regard de l'élément 18, destiné à faciliter la mise en place de ce dernier-dans la portée 30 La partie en forme de manchon 28 de la bague 15, après l'assemblage, est coaxiale à la partie en forme de manchon 24 de l'élément annulaire 14 et située à l'extérieur de cette dernière, et cette partie en forme de manchon 28 est munie d'une lèvre annulaire déformable 32 réalisée d'une seule pièce avec la bague 15 au voisinage d'une extrémité 33 de la partie en forme de manchon 28, ainsi qu'une saillie an- nulaire 34, dirigée radialement et sensiblement perpen- diculaire à la lèvre 32 et également d'une seule pièce avec la bague au niveau d'une surface interne 35 de la 2504 231 partie en forme de manchon 28 La saillie annulaire 34 est délimitée par deux parois obliques 36 et présente un sommet 37 destiné à glisser sur une surface externe 38 de la partie en forme de manchon 24 contre laquelle ce sommet repose lorsque l'assemblage a été effectué La lèvre annulaire 32 présente une légère inclinaison d'une valeur prédéterminée, dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de symétrie de la bague 15 et est munie d'une extrémité 39 destinée à glisser sur une surface 40, tournée vers l'intérieur de-la cavité 16 de la partie en forme de rebord 25 de l'élément 14, contre laquelle l'ex- trémité 39 repose lorsque le montage a été effectué Les surfaces 38 et 40 sont sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre - Le sommet 37 de la saillie 34 est axialement dé- calé par rapport au point d'application de la force élas- tique exercée par l'élément 18 perpendiculairement à l'axe de la bague 15, dans la mesure o l'axe passant par le sommet 37 est décalé par rapport à l'axe de symétrie de l'enroulement hélicoïdal du ressort 18, d'une distance prédéterminée mesurée le long de l'axe de symétrie de la bague 15 et indiquée par b sur la figure 2 ainsi, le ressort 18 déforme davantage l'extrémité 33 de la partie en forme de manchon 28 en appliquant simultanément, avec une pression prédéterminée, le sommet 37 de la saillie 34 contre la surface 38 et l'extrémité 39 de la lèvre 32 contre la surface 40, dans la mesure o la lèvre 32 est soumise à un moment dé au désalignement entre la force à laquelle est soumise la saillie 34, et indiquée par une flèche sur la figure 2, et le point d'appui constitué par le point de contact du sommet 37 sur la surface 38. En fonctionnement, le joint d'étanchéité 10 est monté entre deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre, tels que par exemple les bagues 2 et 3 du roulement 1 re- présentées sur la figure 1, par disposition initiale de l'élément 11 sur la portée 12 et ensuite montage de l'élé- ment 14 de sorte que la partie en forme de rebord 25 soit 2504 231 dans le prolongement du bord extérieur de la paroi latérale 19 De la sorte, la lèvre 32 et la saillie 34 viennent en contact, par déformation, avec les surfaces 40 et 38 res- pectivement, contre lesquelles la lèvre 32 et la saillie 34 sont appliquées avec une pression prédéterminée sous l'effet du ressort 18; elles assurent une double étanchéité vis-à-vis des agents externes de contamination (lèvre 32) et du lubrifiant contenu dans la cavité 5 (saillie 34) De plus, les deux joints glissants sont respectivement réali- sés le premier en direction axiale et le second en direc tion radiale par rapport à 1 l'axe de symétrie du joint d'étanchéité 10 et sont appliqués sur les surfaces 40 et 38 qui ont subi un usinage et un traitement de surface spéciaux La cavité 16 -et surtout l'intervalle annulaire limité a entre la paroi 19 et la partie 25 remplissent également la fonction d'un labyrinthe et de ce fait une action de freinage à la fois sur les éventuelles fuites de lubrifiant et les éventuels agents externes de contami- nation qui tendent à rester dans la chambre 16 De plus, l'espace délimité entre la lèvre 32, la saillie 34 et l'élément 14 peut être rempli de graisse qui accroît l'étanchéité et lubrifie les joints glissants. Enfin, dans le cas o l'élément 14 est monté sur un or- gane rotatif, il exerce par son rebord 25 une force cen- trifuge sur les agents externes de contamination. Les avantages de l'invention apparaissent dans la description qui précède En particulier, l'invention concerne des joints d'étanchéité qui exercent une action simultanée et également efficace à l'encontre de toute fuite éventuelle de lubrifiant et de toute pénétration éventuelle d'agents de contamination, tout en ayant des-dimensions axiales limitées, grâce à la position des joints glissants De plus, les fonctions de jointsd'étanchéité glissants sont remplies l'une en di- rection radiale et l'autre-en direction axiale, et toutes deux sont remplies grâce à l'action d'un élément élastique et à la tension élastique provoquée par la dé- 2504 231 formation de la bague d'étanchéité, à la suite de l'assem- blage, qui donnent une très bonne étanchéité qui n'est pas affectée par des éventuels déplacements, vibrations ou pressions résultant de conditions de fonctionnement par- ticulièrement difficiles En outre, grâce au désalignement de l'élément élastique par rapport auxjoints glissants, cet élément peut simultanément exercer son action sur les deux joints glissants, et permet des simplifications de structure considérables et des réductions des dimen- sions hors-tout du joint d'étanchéité Si l'élément élas- tique vient à se libérer et à sortir de sa gorge, l'étan- chéité n'est pas détruite, car les joints glissants res- tent soumis à une pression résiduelle due à la déformation élastique réalisée par l'assemblage et aussi en raison de l'effet de labyrinthe qui résulte de la présence de l'in- tervalle annulaire limité et de la chambre délimitée entre les deux éléments annulaires rigides, cette chambre retenant de plus le ressort, de sorte qu'aucun dommage ne peut être causé aux éléments roulants du roulement. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préfé- rentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence techni- que sans sortir de son cadre En particulier, le joint d'étanchéité selon l'invention peut être disposé entre toute paire d'organes mobiles l'un par rapport à l'autre tel que par exemple un arbre rotatif et le bâti support des roulements correspondants Dans ce dernier cas, les éléments annulaires 11 et 14 peuvent être fixés non seule- ment par un montage à frottement dur mais également de toute autre manière convenable, par exemple au moyen d'or- ganes ou d'éléments de fixation convenables, tels que ba- gues élastiques, bagues filetées, épaulements et autres éléments analogues. 2504 231 REVEND ICATIONS 1 Joint d'étanchéité ( 10) destiné à être disposé entre deux organes ( 2, 3) mobiles l'un par rapport à l'autre, et à assurer une étanchéité entre une cavité ( 5), délimitée entre lesdits organes ( 2, 3) et le milieu exté- rieur entourant ladite cavité ( 5), le joint d'étanchéité comprenant un premier élément annulaire ( 14) et un second élément annulaire ( 11) tels que chacun d'entre eux est destiné à être monté sur l'un desdits organes ( 2, 3) et à être rigidement fixé à ce dernier, le premier des élé- ments annulaires ( 14, 11) présentant au moins une première ( 38) et une seconde ( 40) surface de dlissement, sensible- ment perpendiculaires l'une à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième élément annulaire ( 15) en une matière molle et élastique et rigidement fixé au second élément annulaire ( 11), ainsi qu'un élément élastique ( 18) logé dans une gorge annulaire ( 30) aménagée dans le troi- sième élément annulaire ( 15), ce dernier ayant une saillie annulaire déformable ( 34) destinée à glisser sur la pre- mière surface de glissement ( 38), ainsi qu'une lèvre an- nulaire déformable ( 32) dirigée dans une dirsection sen- siblement perpendiculaire à la saillie déformable ( 34) et destinée à glisser sur la seconde surface ( 40), l'élé- ment élastique ( 18) étant destiné à appliquer, avec une pression prédéterminée, la saillie ( 34) et la lèvre ( 32) contre les première et seconde surfaces de glissement ( 38, ) respectivement. 2 Joint d'étanchéité ( 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique ( 18) est un res- sort hélicoïdal enroulé en anneau autour d'une partie en forme de manchon ( 28) du troisième élément annulaire ( 15), la gorge annulaire ( 30) étant aménagée sur une surface externe ( 29) de la partie en forme de manchon ( 28). 3 Joint s'étanchéité ( 10) selon ''une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément élastique ( 18) est monté sur la partie en forme de manchon ( 28) dans une position axialement décalée par rapport au sommet ( 37) 2504 231 de la saillie annulaire ( 34), le sommet ( 37) étant en contact avec la première surface ( 38) et l'élément élas- tique ( 18) exerçant sur la lèvre ( 32) un moment propor- tionnel à la distance, mesurée le long de l'axe de symétrie du troisième élément annulaire ( 15), comprise entre le sommet ( 37) de la saillie annulaire ( 34) et la direction de la force exercée par l'élément élastique ( 18) perpen- diculairement à l'axe de symétrie du troisième élément an- nulaire ( 15). 4 Joint d'étanchéité ( 10) selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième élé- ment annulaire ( 15) comprend une partie en forme de re- bord ( 27), reliée rigidement au second élément annulaire ( 11), en ce que la saillie annulaire ( 34), sensiblement radiale par rapport à l'axe de symétrie du troisième élé- ment annulaire, est formée sur une surface interne ( 35) de la partie en forme de manchon ( 28), et en ce que la lèvre annulaire ( 32) est formée à une extrémité ( 33) de la partie en forme de manchon ( 28), et est dirigée dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de symétrie du troisième élément annulaire, en ayant une inclinaison prédéterminée sur cet axe de symétrie. Joint d'étanchéité ( 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un espace ( 16) dans lequel sont dis- posés le troisième élément annulaire ( 15) et l'élément élastique ( 28), est délimité entre le premier et le se- cond élément annulaire ( 14, 11), un intervalle annulaire prédéterminé (a) étant délimité entre une paroi latérale ( 19) du second élément annulaire ( 11) et une partie en forme de rebord ( 25) du premier élément annulaire ( 14), l'intervalle (a) et l'espace ( 16) formant un joint laby- rinthe. 6 Joint d'étanchéité ( 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément annulaire ( 14) est emmanché sur un organe rotatif ( 2), la partie en forme de rebord ( 25) du premier élément ( 14) étant destinée à exercer une force centrifuge sur les agents de contamination 2504 23 ' situés à l'extérieur de la cavité ( 5). 7 Joint d'étanchéité ( 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième élément annulaire ( 15) est réalisé en une matière élastomère. 8 Joint d'étanchéité ( 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième élément annulaire ( 15) est réalisé en une matière plastique résineuse synthétique. 9 Joint d'étanchéité ( 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément annulaire ( 14) et le second élément annulaire ( 11) sont des éléments métalliques.