Brevet FR2515769A1 — publié le 19830506

Perfectionnements aux joints d'étanchéité lèvre. L'invention est relative aux joints destinés à assurer ltetanchéité au passage d'un arbre à travers une ouverture pratiquée dans une paroi étanche, ledit arbre étant animé dDun mouvement rotatif ou coulissant par rapport à cette paroi ou inversement, joint comportant une lèvre annulaire continue en élastomère prolongeant une extrémité axiale d'un voile annulaire étanche et élastique de forme générale tronconique, l'autre ex extrémité axiale de ce voile étant :raccordée radialement à un manchon de fixation s'étendant axialement dans le même sens que le voile. Dans le cas le plus général, la lèvre, intérieure, est destinée à glisser contre arbre en l'enserrant jointivement et le manchon, qui entoure alors le voile, est propre à être fixé de manière étanche dans l'alésage qui définit l'ouverture de la paroi. Selon une variante, la lèvre,extérieure,est destinée à glisser contre 1 alésage qui définit l'ouverture de la paroi, alésage qui entoure jointivement cette levre, et le manchon, intérieur, est entouré par le voile et est fixé de façon étanche sur l'arbre. L'invention vise plus particulièrement, mais non exclusivement, parmi les joints considérés, ceux pour lesquels la pression qui rèyne dans lgun des deux milieux séparés par la paroi est nettement supérieure à celle régnant dans l'autre milieu, la première pression étant notamment supérieure à 3 ou 4 bars alors que la seconde est la pression atmosphérique. Dans un tel cas il advient, avec les modes de réalisation connus des joints considérés, que, du fait de son montage en porte-à-faux, la lèvre soit chassée ou "avalée" axialement par la surpression relative existant entre les deux milieux, avec retournement du voile, de sorte que le joint ne peut plus remplir sa mission d'étanchéité. Ou tout au moins la surpression relative indiquée a pour effet de déformer le joint au point de faire décoller sa lèvre de la surface contre laquelle elle glisse ou au contraire de serrer trop fortement cette lèvre contre cette surface. Pour empêcher de telles déformations indésirables, il a été proposé de soutenir le voile à l'aide d'une bague d'appui rigide montée avec le joint ou armant ledit voile. Une telle solution est non seulement difficile et coûteuse à réaliser, mais elle présente en outre l'inconvénient de limiter la souplesse de déplacement radial de la lèvre, ce qui est particulièrement gênant lorsque l'arbre et l'ouverture traversée par cet arbre ne sont pas rigoureusement centrés l'un par rapport à l'autre. -L'invention a pour but, surtout, de remédier à de tels inconvénients en renforçant la résistance du voile aux déformations et en interdisant son retournement sous l'effet d'une surpression axiale sans supprimer sa souplesse de débattement radial. A cet effet, les joints à lèvre considérés sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent une pluralité de membranes s'étendant parallèlement à l'axe du joint, formant un seul bloc moulé avec le voile et reliant radialement celui-ci au manchon. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - les membranes forment un seul bloc moulé avec au moins une partie du manchon, - les membranes sont toutes identiques entre elles et sont- écartées angulairement entre elles d'angles identiques, - les membranes sont orientées radialement, - les membranes sont toutes inclinées d'un même angle non nul sur les plans radiaux passant par leurs points de rayon minimum1 - les membranes sont alternativement inclinées dans des sens opposés sur les plans radiaux passant par leurs points de rayon minimum, - le nombre des membranes est supérieur à 10 et de préférence supérieur à 55 - certaines au moins des membranes sont reliées angulairement entre elles par des cloisons s'étendant parallèlement à l'axe du joint. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même 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 au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent respectivement en demi-coupe axiale et en coupe transversale partielle selon II-II de la figure 1 un joint d'étanchéité établi selon l'invention. Les figures 3 et.4 montrent deux variantes de la figure 2, également conformes à l'invention. La figure 5 montre à échelle réduite une variante de la figure 1, également conforme à l'invention. D'une façon connue en soi, on fait comprendre à un joint d'étanchéité - une lèvre annulaire 1 en caoutchouc ou élastomère, - un voile ou manchette annulaire 2 également en caoutchouc ou élastomère, de forme générale tronconique ou cylindrique, dont une extrémité axiale est terminée par la lèvre 1, - et un manchon annulaire 3 entourant le voile 2 à une distance non nulle de celui-ci et dont une extrémité axiale est reliée par un raccord radial 4 à l'extrémité axiale, du voile 2, opposée à la lèvre 1. Cette lèvre 1 est ainsi montée en porte-à-faux sur le raccord 4 et peut oscillerlégèrement en direction radiale par rapport au manchon 3,moyennant des flexions élastiques du voile 2. On peut prévoir en outre, bien que ce ne soit pas indispensable - une armature métallique annulaire 5 présentant par exemple en demi-section axiale la forme d'un L et composée alors d'une virole cylindrique extérieure noyée dans le manchon 3 et d'une rondelle plane transversale noyée dans le raccord 4, - et un ressort hélicoïdal de traction 6 enroulé en anneau et monté dans une gorge annulaire ménagée dans la face extérieure de la lèvre 1 de façon à solliciter constamment celle-ci au rétreint radial. Le joint ainsi défini est destiné à étancher le passage d'un arbre rotatif ou coulissant à travers une ouverture circulaire pratiquée dans une paroi étanche séparant deux milieux distincts. Le manchon de ce joint est à cet effet fixé dans ladite ouverture, notamment par emmanchement axial à force dans cette ouverture, et la lève est disposée autour de l'arbre qu'elle enserre jointivement. Lorsque le milieu communiquant avec la face extérieure du voile 2 est soumis à une pression nettement plus élevée que l'autre, il existe un risque que la lèvre 1, du fait de son montage en porte-à-faux, soit fortement déformée en direction de l'arbre, voire soit chassée axialement en direction de l'autre milieu, moyennant un retournement du voile 2, ce qui supprime bien entendu toute étanchéité entre l'arbre 1 et la paroi qu'il traverse. On supprime un tel risque, conformément à l'invention, sans nuire a la souplesse des débattements transversaux de la lèvre 1, en reliant radialement le voile 2 au manchon 3 à l'aide d'une couronne de membra- nes 7 venues de moulage avec le voile Ces membranes 7 s'étendront parallèlement à l'axe du joint de façon à rendre possible le démoulage. Elles sont de préférence également venues de moulage avec le manchon. L'existence de ces membranes présente un double effet - elle réduit l'étendue de la surface, du voile, sur laquelle s'exerce la surpression, - elle retient ledit voile contre les déformations excessives du fait de la résistance desdites membranes à la traction et, dans certains cas, à la flexion et/ou au cisaillement. Ce montage peut même dans certains cas faire intervenir avea avantage, en sens inverse, la résistance des membranes à la compression radiale et/ou au flambage. Les membranes en question peuve-et être orientées selon des plans radiaux; ainsi qu'illustre sur la figu- re 2, et écales les unes des autres d'angles identiques. Chacune d'elles peut également etre inclinée d'un angle a non nul sur le plan axial et radial passant par son point de plus petit rayon. Cette inclinaison, laquelle est alors de préférence la même pour toutes les membranes, - ou bien change de sens d'une membrane à la suivante, comme dans le joint illustré sur la figure 3, - ou bien est de même sens pour toutes les membranes, comme illustré sur la figure 4. La première de ces deux formules est envisagée par exemple lorsque la distance radiale disponible pour loger les membranes entre le voile et le manchon est relativement petite : elle permet en effet d'augmenter la longueur de chaque membrane considérée dans le plan transversal de la figure 3, et donc la capacité de celle-ci à travailler à la traction, au cisaillement et/ou à la flexion. La seconde formule peut être avantageuse lorsque les rotations de l'arbre interviennent toujours dans un seul et même sens, lequel est celui des flèches F sur la figure 4, correspondant à une sollicitation des membranes à la traction. Le nombre des membranes est relativement élevé, étant de préférence supérieur à 10 et même à 50 : dans un mode de réalisation ayant donné toute satisfaction, ce nombre était de 72, chaque membrane étant donc écartée de sa voisine d'un angle de 5 . L'épaisseur radiale de chaque membrane peut être constante tout le long de cette membrane ou au contraire évoluer d'une première valeur maximum à sa racine de plus petit rayon jusqu'à une valeur minimum au voisinage de son centre et de nouveau au-delà jusqu'à une seconde valeur maximum. L'épaisseur de chaque membrane peut également demeurer constante tout au long de sa dimension axiale ou au contraire diminuer progressivement parallèlement à l'axe, en direction de son bord libre. Cette épaisseur des membranes est avantageusement au plus égale à l'épaisseur minimum du voile sur lequel elles sont plantées, étant de l'ordre de 0,5mm et plus généralement comprise entre 0,3 et 1 mm pour des diamètres intérieur et extérieur du joint de l'ordre respectivement de 25 mm et de 40mm. La variante de joint qui a été schématisée sur la figure 5 diffère essentiellement des précédentes par la suppression du ressort 6, ce qui permet d'augmenter la dimension axiale de chaque membrane 7 vu qu'il est alors inutile de réserver de la place entre la lèvre et le manchon pour ledit ressort et que cette place peut être donc occupée par une partie des racines de plus petit rayon des membranes. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un joint d'étanchéité dont la constitution résulte suffisainrnent de ce qui précède. Ce joint présente de nombreux avantages sur ceux actuellement connus, en particulier en ce qui concerne - la résistance accrue signalée ci-dessus aux dé for- mation du voile 2, notamment lors de l'application d'une surpression importante, atteignant ou dépassant par exemple quelques bars, sur la face extérieure de ce voile, - la réduction des déformations de la levure dues à la force centrifuge lorsque le joint à lèvre est lui-même animé d'un mouvement rotatif, - l'augmentation de la rigidité torsionnelle de la lèvre, ce qui permet d'augmenter la vitesse de rotation de l'arbre sans perte d'étanchéité, - la réduction des variations de l'effort de serrage de la lèvre contre l'arbre en fonction des variations de température ou en fonction des variations de la surpression ci-dessus, - la possibilité de réduire la distance radiale existant entre le voile et le manchon, ce qui permet de réduire la quantité du materiau élastomère compris par le joint ainsi que, en conséquence et à nouveau, les variations qui viennent d'être signalées de l'effort de serrage de la lèvre autour de l'arbre, vu que ces variations sont généralement d'autant plus importantes que le volume d'élastomère au travail est plus important. 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 contraire, toutes les variantes, notamment - celles où certaines au moins des membranes seraient reliées angulairement entre elles par des cloisons (non représentées), s'étendant, comme les membranes ellesmêmes, parallèlement à ltaxe du joint, - celles où le joint à lèvre serait lui-même entralné en rotation et/ou en translation axiale par rapport à l'arbre qu'il entoure, cet arbre étant alors fixe ou également mobile lui-même, - celles où les positions radiales respectives du voile et du manchon seraient permutées par rapport à celles que ces deux éléments occupent dans les modes de réalisation décrits et illustrés ci-dessus, le manchon étant alors intérieur et porté par l'arbre et le voile étant alors extérieur, avec sa lèvre appliquée extérieurement contre un alésage définissant l'ouverture traversée par l'arbre, - celles où la portion, de la lèvre, destinée à venir en contact avec l'arbre ou l'alésage, serait constituée par un anneau distinct du restant du joint et rapporté sur ce restant, le matériau constitutif de cet anneau pouvant être moins souple et plus résistant à l'usure que celui constitutif dudit restant du joint. REVENDICATIONS 1. Joint comportant une lèvre annulaire continue (i) qui prolonge une extrémité axiale d'un voile annu laire étanche et élastique (2), l'autre extrémité axiale de ce voile étant raccordée radialem-nt un manchon (3) de fixation s'étendant axialement dans le même sens que le voile, caractérisé en ce outil comporte une plu ralité de membranes (7E s'tendant parallèlement à laxe du joint, formant un sel bloc moulE avec le voile. et reliant radialement celui ci au manchon. 2. Joint à lèvre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les membranes (7) forment un seul bloc moulé avec au moins une partie du manchon. 3. Joint à lèvre selon l'une quelconque des precédentes revendications, caractérisé en ce que les membranes (7) sont toutes identiques entre elles et sont écartées angulairement entre elles d'angles identiques. 4. Joint à lèvre selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les membranes sont orientées radialement. 5. Joint à lèvre selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les membranes (7) sont toutes inclinées d'un même angle non nul (a) sur les plans radiaux passant par leurs points de rayon minimum. 6. Joint à lèvre selon la revendication 5, caractérisé en ce que les membranes (7) sont alternativement inclinées dans des sens opposés sur les plans radiaux passant par leurs points de rayon minimum. 7. Joint à lèvre selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le nombre des membranes (7) est supérieur à 10. 8. Joint à lèvre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre des membranes 17) est supé rieur à 50. 9. Joint à lèvre selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que certaines au moins des membranes (7) sont reliées angulairement entre elles par des cloisons s'étendant parallèlement à l'axe du joint.