Brevet FR2503311A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un joint d'étanchéité pour assurer l'étanchéité par rapport à des milieux et des matières d'arbres en rotation dans des pompes à eau de véhicules automobiles et des machines à laver. L'étanchéité de pompes à eau pour véhicules automobiles est assurée à l'aide de joints stationnaires à bague de glissement. Ainsi on connait des joints d'étanchéité à bague de glissement qui comportent un soufflet se composant d'un matériau élastique et reliant la bague de glissement avec le carter de joint. La bague de glissement, le ressort, le soufflet et le carter de joint constituent un ensemble unitaire complet. La liaison des composants bague de glissement - soufflet et soufflet carter de joint est assurée principalement par des liaisons collées caoutchouc-métal et par blocage du soufflet en caoutchouc sur le carter de joint à l'aide du ressort placé radialement autour du soufflet. La bague de glissement est empêchée de tourner par rapport au carter de joint, de sorte que le soufflet est sollicité, lorsqu'il est en place seulement par la pression du liquide.Dans la condition non montée, le soufflet peut se dilater axialement sous l'action du ressort soumis à une précontrainte et il est sollicité par une charge de traction constante. Le blocage anti-rotation de la bague de glissement par rapport au carter de joint n'autorise que de très faibles tolérances entre les deux parties, ce qui a une influence sur le refroidissement et le balayage du joint d'étanchéité. Cependant si des organes de fixation, limitant la course du ressort dans la condition non montée, sont mis en place sur le carter de joint avant la bague de glissement, ils empêchent également, dans la condition de montage, le refroidissement et le balayage de la bague de glissement et ils établissent une zone de stabilisation qui favorise le dépôt de substances solides dans le volume intérieur du joint d'étanchéité. Un autre inconvénient au cours du processus de montage consiste en ce qu'il n'est prévu aucune limitation axiale de la course de ventilation du joint d'étanchéité dans la direction d'orientation du ressort tronconique. En conséquence, dans le cas d'un montage trop serré du joint d'étanchéité, il peut se produire une sollicitation excessive du soufflet et une surcharge du ressort pouvant conduire à un risque accru de rupture. On connaît des joints d'étanchéité tournants comportant une bague de glissement dont l'étanchéité par rapport à l'arbre est assurée à l'aide d'une bague circulaire. Ces joints d'étanchéité à bagues de glissement comportent, dans le carter de joint de forme cylindrique qui peut être bloqué sur l'arbre, des parties fraisées s'étendant, dans la zone périphérique située entre les languettes d'entraînement de la bague de glissement, depuis le côté frontal jusqu'à la bague de blocage, ces parties fraisées ayant pour fonction de conférer la plus grande mobilité possible à la bague de glissement et d'éviter, grâce aux fentes radiales ainsi créées et favorisant l'effet de balayage, une accumulation de crasse dans la zone du ressort.Un tel joint d'#nchéité ne peut cependant pas fonctionner, du fait de son agencement de structure, comme un joint d'étanchéité stationnaire à bague de glissement car l'étanchéité de la bague de glissement par rapport au carter de joint ne peut être établie à cause des évidements s'étendant jusqu'à la bague de blocage et car la grosseur de la bague de glissement par rapport au carter de joint n'autorise, du fait de l'entraînement par l'intermédiaire des languettes, que d'étroites fentes de balayage en direction de l'alésage du corps de pompe. En outre, la bague de glissement ne peut être emmanchée que par ses rainures dans les languettes du carter de joint et elle ne comporte aucun moyen de fixation empêchant un échappement de la bague de glissement dans la condition non montée. La limitation de la course de ressort est assurée dans ce cas par application d'une bague de pression en arrière de la bague de glissement sur les languettes qui pénètrent à l'intérieur du carter de joint. L'invention a pour but de créer un joint d'étanchéité pour arbre, utilisant un soufflet élastique et applicable à des pompes à eau de véhicules automobiles, ce joint permettant un montage sûr et pouvant être automatisé, tout en étant exempt d'entretien et en possédant une grande efficacité. En utilisant un dispositif protégeant le ressort tronconique lors de l'assemblage du joint d'étanchéité à bague de glissement, on doit pouvoir faire intervenir, dans un joint d'étanchéité pour arbre pouvant être utilisé de façon stationnaire et comportant un soufflet et un système de blocage anti-rotation de la bague de glissement par rapport au carter de joint, des moyens agissant indépendamment du sens de rotation en exploitant l'écoulement tournant produit par le rotor et garantissant les conditions optimales de refroidissement et de balayage de la bague de glissement et du volume intérieur du carter d'étanchéité, et en outre on doit faire en sorte que les moyens de fixation servant à réduire la pression axiale exercée par le ressort sur le soufflet dans la condition non montée et assurer le blocage anti-rotation n'entravent pas le refroidissement et le balayage mais les favorisent additionnellement. Le joint d'étanchéité pour arbre se compose du réceptacle de bague de glissement, maintenu sans pouvoir tourner par rapport au carter de joint par l'intermédiaire de rainures et de languettes et pouvant exécuter un mouvement longitudinal axialement limité sous l'action d'un ressort tronconique, ce réceptacle étant associé à la bague de glissement et au soufflet plissé. Le soufflet est bridé sur un bord extérieur, entre la bague de glissement et le réceptacle de bague, et sur un bord intérieur dans le siège cylindrique de la surface frontale du carter de joint, à l'aide d'un manchon de bordage. Le soufflet est maintenu, dans ses parties axiales, entre un collet d'appui prévu sur le réceptacle de bague de glissement et un épaulement cylindrique du manchon de bordage, de façon à résister une pression dirigée aussi bien vers l'intérieur que vers l'extérieur. Selon l'invention, la surface frontale du carter de joint comporte un bossage de forme annulaire pénétrant dans l'évidement intérieur du ressort et qui constitue une butée de montage pour le collet d'appui du réceptacle de bague de glissement. La paroi frontale du réceptacle de bague de glissement et le carter de joint sont pourvus, dans la zone périphérique existant entre les rainures et les languettes, d'évidements ouverts sur le bord et qui constituent ainsi des canaux axiaux de balayage en forme de segments orientés en direction du trou du siège de joint. Sur le côté frontal et à côté de chaque languette, il est prévu des crochets de retenue disposés par paires et s'étendant de l'enveloppe du carter de joint vers l'intérieur de celui-ci de manière à limiter, en avant de la paroi frontale du réceptacle de bague de glissement, la course de précontrainte du ressort tronconique. Dans le cas d'une automatisation du montage, le ressort tronconique et le soufflet ne peuvent être comprimés que jusqu'à ce que le réceptacle de bague de glissement s'applique contre le bossage de forme annulaire prévu sur la paroi frontale du carter de joint. Il ne peut ainsi se produire, ni pendant l'assemblage du joint d'étanchéité pour arbre, ni lors de son montage dans un volume trop étroit, une sollicitation inadmissible du carter de joint, du soufflet ou bien un risque de rupture du ressort tronconique. Cela est particulièrement important car le carter de joint peut ainsi être pourvu des sections optimales de passage pour l'écoulement assurant le refroidissement et le balayage d'un joint d'étanchéité stationnaire, ce qui permet d'établir des caractéristiques favorables de fonctionnement. Les évidements ouverts sur le bord dans le carter de joint établissent ainsi en premier lieu plusieurs canaux axiaux de balayage qui, du fait de leur disposition radiale en forme de segment, couvrent la zone s'étendant de la bague de glissement jusqu'au trou du siège de joint. En liaison avec les évidements précités ménagés dans la paroi frontale du réceptacle de bague de glissement ainsi que les crochets de retenue dirigés par paires, sur le côté frontal de chaque languette, vers le volume intérieur du carter de joint et qui garantissent une section optimale de passage du fluide de refroidissement et de balayage, il est créé des ouvertures de refroidissement et de balayage qui évitent des échauffements localisés de la bague de glissement et par conséquent des déformations de cette bague. L'écoulement tournant produit par le rotor emmanché sur l'arbre pénètre dans le joint d'étanchéité par l'intermédiaire des canaux axiaux de balayage en forme de segments. Ces canaux permettent à l'écoulement de liquide d'accéder au volume intérieur du carter de joint. Une partie de l'écoulement de liquide en rotation est mise en turbulence dans ce volume intérieur, du fait qu'un changement de direction est produit par le bord en saillie du carter de joint ainsi que par les languettes et les crochets de retenue. Des substances solides ne trouvent par conséquent aucune zone stabilisée permettant leur dépôt dans ce volume et il en résulte qu'on évite l'accumulation de crasse dans la zone du ressort. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la fig. 1 est une vue d'ensemble et en coupe du joint d'étanchéité à bague de glissement conforme à l'invention, la fig. 2 est une vue en plan du joint d'étanchéité à bague de glissement de la fig. 1, mettant en évidence notamment les évidements, les languettes et les crochets de retenue, la fig. 3 est une coupe du carter de joint faite avant l'assemblage et mettant en évidence le bossage, les languettes et les crochets de retenue, la fig. 4 est une coupe du réceptacle de bague de glissement mettant en évidence le collet d'appui et la paroi frontale pourvue des évidements, et la fig. 5 est une vue en plan du réceptacle de bague de glissement représenté sur la fig. 4, cette figure montrant les rainures et les évidements de la paroi frontale. Le joint d'étanchéité pour arbre, dont la fig. 1 est une vue d'ensemble et dont les fig. 2 à 5 représentent des détails particuliers, se compose d'une bague de glissement 13, qui est reliée de façon étanche au réceptacle 14 par l'intermédiaire du soufflet 10 qui est fixé sur elle par son bord extérieur 11. Comme le montre la fig. 5, le réceptacle de bague, de glissement 14 comporte sur sa périphérie extérieure trois rainures radiales 17 à côté desquelles sont ménagés trois évidements dans la paroi frontale 16. Les trois rainures 17 servent à transmettre le couple engendré au carter de joint 1, sur lequel sont disposées, comme le montrent notamment les fig. 2 et 3, trois languettes radiales 5 enfoncées de l'extérieur en direction de l'axe.Le soufflet élastique 10 comporte une zone de réduction conique assurant la transition avec le diamètre du bord intérieur de fixation 12, de façon qu'il soit passible de fixer ce bord intérieur 12 par une partie cylindrique contre la surface frontale 2 du carter de joint 1. L'extrémité du soufflet 10 constitue, par une surface périphérique dirigée vers l'intérieur, la délimitation du bord intérieur de fixation 12, qui s'applique contre la surface frontale 2, agencée de la même manière, du carter axe joint 1. A l'aide d'un manchon de bordage 7, ce bord intérieur de fixation 12 du soufflet 10 est solidement maintenu sur le carter de joint 1.Sur le manchon de bordage 7, il est prévu , en direction de la bague de glissement 13, un épaulement cylindrique 8 qui assure, lors de sollicitations exercées par la pression d'un liqude, un soutien du soufflet 10 dans une direction centrée. Le maintien de parties élastiques comme le ressort tronconique 9 et le soufflet 10 dans la direction du ressort est assuré par le collet d'appui 15, prévu sur le réceptacle de bague de glissement 14 et qui peut s'appliquer contre le bossage 3 prévu sur la surface frontale 2 du carter de joint 1. Aussi bien dans le carter de joint 1 que sur la paroi frontale 16 du réceptacle de bague de glissement 14, il est prévu des canaux axiaux de balayage 20 en forme de segments qui sont formés, dans la zone périphérique existant entre les languettes 5 et les rainures 17, par des évidements 4 ouverts sur le bord, qui s'étendent de la bague de glissement 13 jusqu'au trou du siège de joint 21 et qui assurent un refroidissement de la bague de glissement 13 et un balayage du ressort dans le volume intérieur du carter de joint 1.Le ressort tronconique 9 est maintenu dans le carter de joint 1 contre surface frontale 2 par sa spire de grand diamètre à l'aide du bossage 3 et il entoure par sa spire de petit diamètre le collet d'appui 15 prévu sur le réceptacle de bague de glissement 14. Des crochets de retenue 6 sont formés par paires par poinçonnage de l'enveloppe du carter de joint 1, sur le côté frontal de chaque languette 5, en étant dirigés vers le volume intérieur du carter 1 et la paroi frontale 16 du réceptacle 14 s'appuie contre lesdits crochets, sous l'action du ressort tronconique 9, dans la condition non montée du joint d'arbre.Ces crochets de retenue 6 assurent, dans la condition non montée, une protection du soufflet 10 contre les forces de précontrainte du ressort tronconique 9 et permettent, par rapport aux éléments de fixation utilisés par le passé, l'établissement d'une section de passage non limitée dans ce joint d'étanchéité stationnaire. Lorsque le joint d'arbre est monté dans le corps d'une pompe à eau de véhicule automobile, le ressort tronconique 9 pousse, dans la condition précontrainte, la bague de glissement 13 contre la contre-bague 19 fixée dans un rotor 22 en étant monté de façon étanche sur l'arbre tournant 18.Grâce au collet d'appui 15 prévu sur le réceptacle de bague de glissement 14 et au bossage 3 prévu sur la surface frontale 2 du carter de joint 1, il est possible d'obtenir un soutien axial dans la direction du ressort pour éviter des sollicitations excessives du soufflet 10 du fait d'un volume de montage trop petit. L'agencement de construction du réceptacle de bague de glissement 14 et de la bague de glissement 13 ainsi que la liaison élastique du soufflet 10 permettent de choisir différents matériaux à bonnes propriétés de glissement, par exemple du carbone, des matières frittées et des matières plastiques. Le joint d'étanchéité d'arbre permet, par rapport aux réalisations connues, d'améliorer considérablement la durée de service, les possibilités universelles d'utilisation ainsi que la rentabilité de fabrication. L'écoulement tournant engendré dans le volume de travail de la pompe est soumis, par l'intermédiaire des trois canaux axiaux de balayage 20 en forme de segments, des trois languettes 5 associées aux crochets de retenue 6 et du rebord prévu sur la périphérie du carter de joint 1, à un changement de direction dans ledit carter et par conséquent à une mise en turbulence de sorte que la bague de glissement 13 est bien refroidie et que le volume intérieur du carter de joint 1, contenant le ressort tronconique, est correctement balayé par le fluide de sorte qu'il ne se produit pas de dépôts de substances solides. L'effet de balayage et de refroidissement pouvant être obtenu n'est pas fonction du sens de rotation du fait de l'agencement du joint d'étanchéité d'arbre. REVENDICATION Joint dtétanchéité pour arbre, se composant d'un réceptacle de bague de glissement, maintenu sans pouvoir tourner par rapport au carter de joint par l'intermédiaire de rainures et de languettes et pouvant exécuter un mouvement longitudinal limité axialement par l'intermédiaire d'un ressort tronconique, d'une bague de glissement et d'un soufflet plissé, qui est maintenu par un bord extérieur de fixation entre la bague de glissement et le réceptacle de bague et par un bord intérieur de fixation dans le siège cylindrique de la surface frontale du carter de joint à l'aide d'un manchon de bordage, en étant agencé de façon que ses parties axiales soient maintenues entre un collet d'appui prévu sur le réceptacle de bague de glissement et un épaulement cylindrique du manchon de bordage pour résister à des pressions dirigées aussi bien vers l'intérieur que vers l'extérieur, joint caractérisé en ce que la surface frontale (2) du carter de joint (1) comporte un bossage (3) de forme annulaire engagé dans la cavité interne du ressort et qui constitue une butée de montage pour le collet d'appui (15) du réceptacle de bague de glissement (14), en ce que la paroi frontale (16) du réceptacle de bague de glissement (14) et le carter de joint (1) sont pourvus, dans une zone périphérique située entre les languettes (5), d'évidements (4) ouverts sur le bord et qui constituent ainsi des canaux axiaux de balayage