Brevet FR2520830A1 — publié le 19830805

Ensemble d'étanchéité comportant au moins une lèvr. déforn'able, particulièrement pour roulements. L'invention concerne un ensemble d'étanchéité du type muni d'au moins une lèvre déformable conçue pour stinterposer entre deux organes en mouvement relatif pour fermer vers ltextErieur une cavité comprise entre ces organes. En particulier, l'invention concerne un ensemble d'étanchétité pour la protection des corps tournants des paliers à roulement. I1 est connu que pour la protection des paliers à roulement, on utilise de nombreux types d'ensembles d'étanchéité qui ont pour but soit d'empêcher la sortie du lubrifiant contenu dans le roulement, soit d'empêcher ltentrée dans le roulement d'impuretés extérieures telles que l'eau et la poussière.La majeure partie de ces ensembles d'étanchéité comprennent un élément rigide, en matière plastique ou en métal, et un élément défor- table construit habituellement en matière élastomère, collé à l1élément rigide et muni d'au moins une lèvre déformable conçue pour exercer une action d'étanchéité sur une surface extérieure de l'anneau intEri3ur du roulement. Si la lèvre touche l'anneau, elle assure sur celui-ci une étanchéité de frottement tandis que si elle ne le touche pas, elle détermine une lumière annulaire de dimensions réduites entre elle-mbme et l'anneau intérieur, assurant une étanchéité à labyrinthe. On cannait aussi des ensembles d'étanchéité en un seul élément, constitués par une rondelle rigide en matière plastique ou en métal. Ces éléments, étant complètement rigides, doivent avoir un grand Jeu relativement à l'anneau intérieur et ont donc une utilité réduite, assurant seulement une étanchéité aux particules les plus macroscopiques, ce qui est tout à fait insuffisant. L'ensemble d'étanchéité du type décrit, en deux éléments différents collés, a pour inconvénient de nécessiter pour sa fabrication de nombreuses phases de travail (préparation séparée des deux éléments, étalement de l'adhésif, montage et collage) et dans le cas d'un élément Métallique, un autre inconvénient est qu'il a un grand poids et présente des risques d'oxydation de la partie métallique et/ou de détachement de particules microscopiques de celle-ci qui peuvent endom- rager les pistes de rotation des corps tournants. Le but de l'invention est de réaliser un ensemble d'étanchéité du type décrit mais qui soit exempt des inconvénients mentionnés0 En particulier, on vent obtenir un ensemble d'étanchéité réalisé en un seul élément qui présente une lèvre d'étanchéité molle et qui soit en mSme temps rigide. Le but ci-dessus est atteint par l'invention qui a pour objet un ensemble d'étanchéité conçu pour être interposé entre deux organes on mouvement relatif pour fermer vers l'extérieur une cavité comprise entre ces organes de manière à empêcher l'entrée d'impuretés extérieures dans la cavité, comprenant au moins une levure relativement déformable tournée du côté d1un premier organe en mouvement relatif pour exercer sur celui-ci une action d'étanchéité et un élément rela vivement rigide conçu pour être monté solidairement de l'autre organe en mouvement relatif, ensemble caractérisé par le fait que la lèpre fait partie d'un élément relativement mou et déformable qui est d'une seule pièce avec l'élément relativement rigide, ce dernier et l'élément relativement mou et déformable étant fabriqués respectivement en un perlier et un deuxième mélanges composés de substances élastomères et de charges de matières inertes, ces mélanges étant vulca nisés ensemble. Pour mieux faire comprendre l'invention, on donne maintenant une description de ses modes d'exécution non limitatifs, à propos des dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe axiale d'un roulement muni d'ensembles d'étanchéité réalisés selon les principes de l'invention La figure 2 montre à échelle agrandie un ensemble d'étanchéité réalisé selon les principes de l'invention et La figure 3 montre une variante de l'ensemble d'étanchéité de la figure 2. Sur la figure 1, on a désigné par la référence générale 1 un roulement, à une couronne de billes dans ltexemple représenté, comprenant une bague extérieure 2, une bague intérieure 3 coaxiale à la bague 2 et plusieurs corps tournants 4 qui roulent dans des pistes annulaires 5 et 6 placées face à face, formées respec- tivement sur une surface intérieure 7 de la bague extérieure 2 et sur une surface extérieure de la bague intérieure 3. Entre la bague extérieure 2 et la bague intérieure 3 est compris un espacement ou chambre annulaire 9 dans laquelle sent logés les corps tournants 4. La chambre 9 est fermée vers l'extérieur par des ensembles d'étanchéité 10 montés aux extrémités opposées 11 et 12 du roulement 1. Les ensembles d'étanchéité 10 sont montés dans des sièges annulaires respectifs 13 pratiqués dans la bague extérieure 2 et s'étendent vers la surface 8 de la bague intérieure 3 avec laquelle ils coopèrent pour fermer la chambre 9 de façon étanche au fluide, de manière à éviter l'entrée dans celle-ci d'impuretés extérieures, telles que l'eau et la poussière et à empêcher la sortie du lubrifiant contenu dans la chambre 9. CoJ e le montre aussi la figure 2, chaque ensemble d'étanchéité 10 est de forme pratiquement annulaire et comprend deux éléments annulaires ou parties 14 et 15 qui sont d'une seule pièce et sont tous deux fabri qués en matière élastomère constituée par deux mélanges de caractéristiques différentes, moulés et vulcanisées ensemble par un procédé de covulcanisation.Le procédé de covulcanisation est en lui-même connu étant donné qutil est déjà appliqué dans des domaines différents de celui des garnitures, particulièrement pour la fabrication de manchons et autres éléments (blocs amortisseurs de bruit). il consiste essentiellement à préparer deux mélanges différents constitués ainsi qu'il est connu par un mélange en proportions appropriées de substances élastomères (habituellement des résines synthétiques) et de charges de matières minérales inertes (carbone, oxydes de silicates), et ensuite à introduire ces mélanges dans un moule pour le formage du produit fini que lton vulcanise ensuite dans le même moule ou dans un autre de manière à communiquer les caractéristiques voulues et à réaliser une soudure de type chimique, sans solution de continuité, entre les parties formées de mélanges différents. L'élément annulaire ou partie 14 situé le plus à l'extérieur radialement est pratiquement plat et for mé d'un premier mélange à base de caoutchouc de nitrile, préparé de manière à rendre cet élément 14 relativement dur et rigide et à lui communiquer une caractéristique élastique élevée, supérieure à celle de l'acier. Ces caractéristiques mécaniques, inhabituelles pour un élément formé de matières élastomères, sont obtenues grce la vulcanisation que l'en effectue de manière par ailleurs classique et connue en utilisant comme substances vulcanisantes des radicaux vinyliques et des peroxydes au lieu des substances classiques à base de soufre et a181a- monts du groupe du soufre.Ces substances vulcanisantes, constituées par des radicaux vinyliques et des peroxydes, s'introduisent directement dans un mélange à base do caoutchouc de nitrile ou bien à base d'autres élastomères synthétiques et de charges minérales appropriées (carbone, oxydes et silicates) au moment de la préparation du mélange dont elles font partie intégrante. Les mélanges utilisés sont de type connu et classique et diffèrent seulement des mélanges connus par le fait qutaprès la vulcanisation ils sont pratiquement dépourvus de soufre et d'éléments du groupe du soufre.La quantité de substances vulcanisantes à introduire dans le mélange est calculée de façon connue et classique, grSce à des calculs stoochiométriques, de manière à saturer, pendant la vulcanisation, pratiquement toutes les liaisons insaturées (doubles liaisons) présentes dans les substances élastomères que contient le mélange. Ainsi qutil est connu, la saturation de toutes les doubles liaisons d'un élastomère aboutit à une substance dure et rigide comme l'ébonite (substance obtenue par la vulcanisation complète du caoutchouc naturel par le soufre). En utilisant comme substances vulcanisantes (ctest-i-dire en mesure de saturer les doubles liaisons des channes polymères des élastomères de mélange en créant des ponts chimiques de liaison entre les différentes chatnes de manière à obtenir des molécules tridimentionnelles) les radicaux vinyliques et les peroxydes, on obtient le même effet connu de durcissement, mais on obtient aussi une grande élasticité du produit après la vulcanisation et on ne court pas le risque de dépo lymériserles résines élastomères du mélange en formant des crevasses dans le produit. Lélément 14 présente en outre une extrémité radialement extérieure 16 conçue pour s'accoupler à un siège correspondant de la bague extérieure 2 pour caler sur celle-ci l'ensemble d'étanchéité 10 et il est conçu pour se déformer élastiquement afin de permettre l'introduction de l'ensemble d'étanchéité 10 dans le roulement 1 à l'intérieur du siège 13. L'élément annulaire ou partie 15 situé plus à l'intérieur radialement est pratiquement plat et formé d'un deuxième mélange à base du même élastomère que le mélange dont est formé la partie 14 et de composition tout à fait connue et classique, contenant comme substance vulcanisante du soufre ou un élément du groupe du soufre ou un composé oapable de céder du soufre.Ce deuxième mélange aussi contient une certaine quantité de charges minérales, inférieure à celle que contient le premier mélange et constituée en grande partie par du carbone. La teneur en agent vulcanisant à base de soufre est calculée do manière à saturer seulement une partie des liaisons insaturées présentes dans les substances élastomères que contient le deuxième mélange. De cette manière, l'élément 15 est relativement mou et déformable. Donc, en substance, l'ensemble d'étanchéité 10 est formé d'une seule pièce présentant deux parties ou éléments 14 et 15 fabriqués avec deux mélanges différents covulcanisés, le mélange qui constitue l'élément 15 étant un mélange classique mou et déformablo et le mélange qui constitue l'élément 14 étant un mélange de composition de base classique pour éléments rélativoment rigides, exempt do soufre et éléments du groupe du soufre et contenant au lieu de cela comme éléments vulcanisants des peroxydes et des radicaux vinyliques en quantité voulue pour saturer toutes les doubles liaisons présentes. On dispose les deux mélanges dans le même moule de formage et ensuite on les covulcanise ensemble et simultanément en activant les agents vulcanisants (soufre, peroxydes, radicaux vinyliques) présents dans les mélanges, en élevant la température du moule au-dessus du niveau ambiant. Evidel,ent, il se crée une liaison de type chimique entre les deux mélanges, ce qui fait que l'on obtient un élément d'une seule pièce sans solution de continuité. Corme le montre la figure 2, l'élément 15 est muni d'une lèvre annulaire radialement intérieure 18 qni s'étend en direction pratiquement radiale vers l'axe de l'ensemble d'étanchéité 10. La lèvre 18 est conçue pour toucher la surface 8 de manière à se déformer élastiquement en exerçant sur celle-ci une pression prédéterminée, propre à assurer une étanchéité de frottement entre l'ensemble 10 et la bague 3. Dans un mode d'exécution non représenté, au contraire, la lèvre 18 ne touche pas la surface 8 étant donné que le diamètre intérieur de l'ensemble d'étan chéité 10 est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la bague 3 de manière à déterminer un jeu annulaire restreint de grandeur prédéterminée entre la lèvre 18 et la bague 3. De cette manière, la lèpre 18 est conçue pour coopérer avec la surface 8 pour définir le jeu annulaire susdit, exerçant ainsi une étanchéité en labyrinthe sans contact. La figure 3 représente un ensemble d'étanchéité 19 du type de l'ensemble 10 des figures 1 et 2 dont il diffère uniquement par le fait qu'il comprend un élément intérieur 15 muni de deux lèvres radiales d'étanchéité 18a, tandis que l'élément extérieur 14a, est identique à celui de l'ensemble 10. Les détails similaires ou semblables à ceux que l'on a déjà décrits sont indiqués par les mêmes numéros avec le suffixe watt . Les éléments 14a et 15a sont fabriqués avec les mêmes mélanges que les éléments 14 et 15 décrits pré- cédemment. La description rond évidents les avantagea de l'invention. Elle permet de réaliser un ensemble d'étan- chéité constitué par une seule pièce fabriquée complètement on matière élastomère. Cela permet d'obtenir cet élément de façon rapide et économique par une seule opération de moulage. Cela permet d'éviter des phases complexes et conteuses comme celle du dépôt de l'adhésif. En outre, cette pièce unique est constituée par deux parties ayant des caractéristiques mécaniques différentes, grâce à l'utilisation de mélanges de compositions dif fientes que l'on covulcanise ensuite. On obtient donc, même sur de petites épaisseurs, une rigidité suffisante de la partie portante sans diminuer les caractéristiques de mollesse de la ou des lèvres d'étanchéité qui sont donc réalisées de façon classique. Enfin, on évite d'utiliser des pièces d'insertion métalliques et on obtient une légèreté notable de l'ensemble d'étanchéité en évitant des dommages possibles aux roulements, dus à lbosydation. D'après ce qu'on a décrit, il est clair que lton peut apporter des variantes et modifications aux modes d'exécution décrits sans sortir du cadre de l'invention. In particulier, on peut obtenir des ensembles de toute forme présentant un nombre quelconque de lèvres d'étant chéité qui peuvent hêtre, toutes ou en partie, conçues pour coopérer avec l'un des organes en mouvement relatif, en assurant soit une étanchéité de frottement, soit une étanchéité à labyrinthe. En outre, l'extrémité la plus extérieure radialement 16 ou 16a de l'ensemble d'étanchéité 10 ou 19 peut être fabriquée avec le même mélange relativement mou que, les lèvres 18 ou 18a. In pareil cas, l'ensemble d'étanchéité 10 ou 19 comprend trois parties annulaires concentriques, toutes fabriquées en mélanges élastomères covulcanisés de la façon décrite. Particulièrement, on aurait une première partie 15, 15a plus intérieure radialement et munie d'au moins une lèpre 18, 18a fabriquée en mélange vulcanisé de façon classique, une partie intermédiaire 14, 14a fabriquée on mélange relativement rigide puisqu'il est vulcanisé par des radicaux vinyliques et des peroxydes au lieu de soufre, et une partie extérieure radialement 16, 16a fabriquée on un mélange vulcanisé de façon classique par le soufre. De cette manière, on assure une plus grande stabilité à I'enseaible 10, 19 dans le siège 13 à cause de la plus grande adhérence offerte par un mélange mou en contact avec le métal du siège 13. Enfin, l'ensemble d'étanchéité de l'invention est applicable à tout couple d'organe mécanique en mouvement relatif et non seulement aux roulements. REVENDICATIONS 1.- Ensemble d'étanchéité (10, 19) conçu pour être interposé entre deux organes (2,3) en mouvement relatif pour former vers ltestérieur une cavité comprise entre ces organes (2, 3) de manière à empêcher l'entrée d'impuretés extérieures dans la cavité (9), comprenant au moins une lèvre relativement déformable (18, 18a) tournée du côté d'un premier organe en mouvement relatif (3) pour exercer sur celui-ci une action d'étanchéité et un élément relativement rigide (14, 14a) conçu pour être monté solidairement de l'autre organe en mouvement relatif (2), ensemble caractérisé par le fait que la lèpre (18, 18a) fait partie d'un élément relativexent mou et déformable (15, 15a) qui est d'une seule pièce avec l'élément relativement rigide (14, 14a), ce dernier et l'élément relativement mou et déformable (15, 15a) étant fabriqués respectivement en un premier et un deuxième mélanges composés de substances élastomères et do charges de matières inertes, ces mélanges étant vulcanisés ensemble. 2.- Ensemble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premier et deuxième mélanges sont à base d'un caoutchouc, une partie des liaisons insatuées du deuxième mélange étant saturées par des éléments du groupe du soufre et.les liaisons insaturées du premier mélange étant pratiquement toutes saturées au moyen do radicaux vinyliques et de peroxydes. 3.- Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les matières inertes sont constituées par du carbone, des oxydes et des silicates, l'élément relativement rigide (14, 14a) étant fabriqué en substances élastomères vulcanisées et dépourvues de soufre et d'élément du groupe du soufre, le caoutchouc étant un caoutchouc de nitrile. 4.- Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il présente une forme annulaire et comprend un premier élément annulaire (15, 15a) pratiquement plat et plus intérieur radialement, formé du deuxième mélange et un deuxième élément annulaire (14, 14a) pratiquement plat et plus extérieur radialement, formé du premier mélange. 5.- Ensemble selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il est conçu pour être interposé entre une bague extérieure (2) et une bague intérieure (3) d'un palier à roulement (1), le deuxième élément annulaire (14, 14a) présentant une élasticité relativement élevée, supérieure à celle de l'acier, de manière à pouvoir se déformer élastiquement pour permettre lsin- troduction de l'ensemble (10, 19) dans un siège correspondant (13) du roulement (1). 6.- Ensemble selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la lèvre (18, 18a) relati vexent déformable est une lèvre annulaire qui s'4tend en direction principalement radiale et est capable de toucher une surface (8) du premier organe (3) en mouvexent relatif de manière à se déformer élastiquement peur exercer une pression prédéterminée sur la surface (8) du premier organe (3). 7.- Ensemble selon l'une des revendications 4 et -5, caractérisé par le fait que la lèvre (lys, 18a) relativement déformable est une lèvre annulaire qui 'étend en direction principalement radiale vers une surface (8) du premier organe (3) en mouvement relatif et est capable de coopérer avec cette surface (8) pour déterminer entre la livre et le premier organe (3) en mouvement relatif une étanchéité à labyrinthe. 8.- Ensemble selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que le premier élément annulaire (ira) comprend au moins une paire de lèvres annulaires (18a) s'étendant vers le premier organe en mouvexent relatif (3). 9.- Ensemble selon l'une des rerendications 4 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un troisième élément annulaire (16, 16a), extérieur radia- lement au premier (15, 15a) et au deuxième (14, 14a), faisant corps avec ceux-ci et fabriqué avec le deuxième mélange mentionné. 10.- Procédé de formation d'un ensemble d'étant chéité (10, 19) muni d'un élément relativement mou et déformable (15, 15a) et d'un élément relativement rigide (14, 14a) faisant corps avec l'élément relativement mou et déformable (15, 15a), caractérisé par le fait que l'on prépare deux mélanges à base d1élasto- mères dont le premier contient des substances vulcanisantes constituées par des peroxydes et des radicaux vinyliques en quantité voulue pour saturer toutes les doubles liaisons des substances élastomères du premier mélange, le deuxième mélange contenant des substances vulcanisantes à base de soufre en quantité voulue pour saturer seulement une partie des doubles liaisons des substances élastomères du deuxième mélange, les premier et deuxième mélanges étant disposés dans le même moule de formage et ensuite covulcanisés, les substances vulcanisantes contenues étant simultanément activées, par élévation de la température du moule au-dessus du niveau ambiant.