Brevet FR2520469A1 — publié le 19830729

La présente invention concerne un joint frontal mécanique pour établir une étanchéité entre deux pièces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, par exemple un arbre d'entraîne- ment de pompe et le carter de pompe. Un joint frontal mécanique typique comprend un siège associé à l'une de deux pièces pouvant tourner relativement et un élément d'étanchéité frontale associé à l'autre pièce, ledit élément d'étanchéité frontale étant poussé sur le siège de manière q:e des surfaces opposées de l'élément d'étanchéité frontale et du siège soient maintenues en contact étanche. Dans cette forme de joint étanche, le siège est placé dans une relation fixe par rapport à sa pièce associée et il peut être efficacement scellé sur celle-ci au moyen d'une garniture appropriée, qui est bloquée entre le siège et sa pièce associée. Cependant, pour que l'élément d'étanchéité frontale puisse être poussé en contact étanche contre le siège et également pour permettre une usure des faces d'étanchéité de l'élément d'étanchéité frontale et du siège, l'élément d'étanchéité frontale doit être monté de façon glissante par rapport à sa pièce associée L'élément d'étanchéité frontale doit en conséquence être pourvu d'un moyen d'étanchéité secondaire à l'aide duquel il est scellé sur sa pièce associée, ce moyen d'étanchéité secondaire permettant un mouvement axial relatif entre l'élément d'étanchéité frontale et sa pièce associée. Le procédé le mieux approprié pour établir ce moyen d'étanchéité secondaire consiste à utiliser une bague torique en matière élastomère qui est positionnée, dans un évidement de retenue, entre l'élément d'étanchéité frontale et sa pièce associée L'inconvénient de cette forme de joint secondaire consiste en ce qu'il existe deux trajets de fuite potentiels dont l'un est situé entre l'élément d'étanchéité frontale et la bague torique et l'autre entre la pièce et la bague torique En conséquence, à moins que les surfaces de la pièce et de l'élément d'étanchéité frontale ne soient en condition parfaite, il est difficile de maintenir une bonne étanchéité aux fluides par ce moyen On peut remédier à cet inconvénient en utilisant des soufflets ou des diaphragmes flexibles, mais cependant de telles solutions sont relative- ment coûteuses et elles peuvent en outre imposer une limita- tion au degré d'usure de front de joint pouvant être absorbé. Conformément à un aspect de la présente invention, un joint frontal mécanique comprend: un élément formant siège qui est associé à l'une de deux pièces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre; un élément d'étanchéité frontale associé à l'autre pièce et qui est solidaire d'un moyen d'étanchéité secondaire; et un moyen pour pousser l'élément d'étanchéité frontale en contact étanche avec le siège et pour maintenir le moyen d'étanchéité secondaire en contact étanche avec la pièce associée à l'élément d'étanchéité frontale, en vue d'établir une bonne étanchéité aux fluides entre l'élément d'étanchéité frontale et sa pièce associée. En intégrant le moyen d'étanchéité secondaire de l'élément d'étanchéité frontale audit élément d'étanchéité frontale, on peut obtenir un joint d'étanchéité relativement peu coûteux comportant seulement un trajet potentiel de fuite sur le moyen d'étanchéité secondaire. L'ensemble monobloc formé par l'élément d'étanchéité frontale et le moyen d'étanchéité secondaire peut être réalisé sous la forme d'un seul élément étanche aux fluides à partir d'un matériau qui convient pour les deux objectifs, comme du polytétrafluoréthylène En variante, l'élément d'étanchéité frontale et le moyen d'étanchéité secondaire peuvent être réalisés séparément et fixés l'un avec l'autre pour former un ensemble étanche aux fluides, par exemple par collage Lorsque l'élément d'étanchéité frontale et le moyen d'étanchéité secondaire sont formés séparément, ils peuvent évidemment être formés du même matériau, mais on peut tirer des avantages de cette forme de construction pour réaliser les parties à partir de matériaux différents qui conviennent chacun en particulier pour remplir la fonction d'utilisation Par exemple, l'élément d'étanchéité frontale peut être constitué d'un matériau relativement rigide tel que du graphite ou une matière réfractaire frittée, tandis que le moyen d'étanchéité secondaire peut être formé d'une matière élastomère telle que du caoutchouc. Dans un mode préféré de réalisation, une bague de poussée est disposée de façon à appliquer axialement l'élément d'étan- chéité frontale en contact étanche contre le siège et pour appliquer radialement le moyen d'étanchéité secondaire en contact étanche contre la pièce associée La bague de poussée peut être pourvue d'une surface inclinée qui entre en contact avec le moyen d'étanchéité secondaire pour exercer sur celui-ci des forces axiales et radiales. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 1 représente un joint frontal mécanique agencé conformément à la présente invention; et Figure 2 représente une modification du joint représenté sur la Figure 1. La Figure 1 représente un joint frontal mécanique d'étan- châité qui établit une étanchéité entre un arbre tournant 10 et un carter 11 Le joint comprend un siège 12 qui est monté dans une partie évidée du carter il et qui est scellé sur celui-ci à l'aide d'une garniture 13 Un élément d'étanchéité frontale 14 est monté de façon à pouvoir glisser autour de l'arbre 10 et à être appliqué en contact étanche contre le siège 12 au moyen d'une bague de poussée 17, qui est sollici- tee par un ressort de compression 15, axialement en direction du siège 12. L'élément d'étanchéité frontale 14 est pourvu d'un moyen d'étanchéité secondaire se présentant sous la forme d'une partie de bague torique 20 qui est reliée à la face arrière de l'élément d'étanchéité frontale 14 au moyen d'un voile radialement flexible 21 L'élément d'étanchéité frontale 14, la partie de bague torique 20 et le voile 21 sont formés de polytétrafluoréthylène et sont d'une structure homogène, le voile 21 étant relativement rigide dans la direction axiale. La bague de poussée 17 comporte une surface conique 30 qui vient buter contre la partie de bague torique 20 de manière à exercer une charge axiale sur l'élément d'étanchéité fron- tale 14 Du fait que la surface 30 de la bague de poussée 17 est inclinée, elle exerce également une charge radiale sur la -partie de bague torique 20 de manière à appliquer cette partie en contact étanche contre l'arbre 10 Le moyen d'étanchéité secondaire de l'élément d'étanchéité frontale 14 est par con- séquent maintenu sous une charge élastique constante, ce qui convient particulièrement bien du fait que le moyen d'étan- chéité secondaire est formé de polytétrafluoréthylène, qui est soumis à un fluage et à une compression avec une très lente vitesse de récupération Le rapport entre la charge axiale et la charge radiale qui sont exercées par le ressort peut être commandé par un choix approprié de la forme conique et des proportions de la bague de retenue 17 de manière que ce rapport convienne pour les conditions d'utilisation du joint d'étanchéité. Dans ce mode de réalisation, le ressort 31 comporte une partie en forme de crochet 32 qui est engagée dans une fente ménagée dans la bague de poussée 17 de façon à pénétrer dans une rainure 33 ménagée dans l'élément d'étanchéité frontale 14, afin que la rotation de l'arbre 10 puisse être transmise à l'élément d'étanchéité frontale 14 Une autre méthode de transmission du mouvement d'entraînement à l'élément d'étan- chéité frontale 14 a été mise en évidence sur la Figure 2. Dans cette variante, un ressort hélicoïdal classique 15 est utilisé pour exercer une charge axiale sur la bague de poussée 17 La bague de poussée 17 est pourvue d'une colle- rette cylindrique 35 qui entoure l'élément d'étanchéité frontale 14, cette collerette cylindrique étant pourvue d'une ondulation 36 qui s'engage dans la rainure 33 ménagée dans l'élément d'étanchéité frontale 14. Dans les joints d'étanchéité représentés sur les Fig 1 et 2, la charge axiale est transmise par l'intermédiaire du voile 21, cette partie pouvant éventuellement être renforcée par exemple en l'entourant par une bague métallique de ren- forcement Il est cependant souhaitable qu'il existe une certaine flexibilité dans le voile 21 de manière que, au cas o la bague torique 20 collerait sur l'arbre, les faces d'étanchéité du siège 12 et de l'élément d'étanchéité frontale 14 puissent encore rester en contact étanche Une méthode pour obtenir ce résultat tout en maintenant le voile 21 suffisam- ment rigide pour transmettre la charge axiale consiste à ménager une fente radiale 40 dans la partie arrière de l'élément d'étanchéité frontale 14, comme indiqué sur la Fig 2 Par ce moyen, si la bague torique 20 se colle sur l'arbre 10, la pression exercée par le fluide sur la péri- phérie intérieure de l'élément d'étanchéité frontale 14 ouvre la fente 40, de sorte que les faces d'étanchéité peuvent rester en contact. Comme' décrit ci-dessus, la présente invention fait inter- venir un moyen d'étanchéité secondaire dans le joint frontal mécanique, de manière à conserver tous les avantages du joint à bague torique classique; par exemple, une simplicité et une absence d'entrave du mouvement axial en vue de compenser une usure des faces d'étanchéité primaire; et en outre, des per- formances d'étanchéité améliorées, par suite de la diminution des trajets potentiels de fuite et la possibilité d'obtenir une charge efficace du moyen d'étanchéité secondaire. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention; ainsi, bien que le moyen d'étanchéité secondaire comporte une partie ayant essentiellement la configuration d'une bague torique, il va de soi qu'on peut utiliser d'autres formes en coopération avec une bague de poussée de profil approprié. REVENDICATIONS 1. Joint frontal mécanique comprenant un élément formant siège qui est associé à l'une de deux pièces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, un élément d'étanchéité frontale associé à l'autre pièce, caractérisé en ce que ledit élément d'étanchéité frontale ( 14) comporte un moyen d'étanchéité secondaire ( 20) qui est solidaire dudit élément, en ce qu'il est prévu un moyen pour appliquer l'élément d'étanchéité frontale ( 14) en contact 'étanche contre le siège ( 12) et le moyen d'étanchéité secondaire ( 20) en contact étanche contre la pièce ( 10) associée à l'élément d'étanchéité frontale ( 14), en vue d'établir un joint étanche aux fluides entre l'élément d'étanchéité frontale et sa pièce associée. 2. Joint frontal mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bague de poussée ( 17) est agencée pour pousser l'élément d'étanchéité frontale ( 14) en contact étanche contre le siège ( 12) et le moyen d'étanchéité secon- daire ( 20) en contact étanche contre la pièce associée ( 10). 3. Joint frontal mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague de poussée ( 17) est pourvue d'une surface inclinée ( 30) qui entre en contact avec le moyen d'étanchéité secondaire ( 20) et qui exerce ainsi une force axiale poussant l'élément d'étanchéité frontale ( 14) en contact étanche contre le siège ( 12) et une force radiale poussant le moyen d'étanchéité secondaire ( 20) en contact étanche contre la pièce associée ( 10). 4. Joint frontal mécanique selon l'une des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe élastique ( 15, 31) entre la bague de poussée ( 17) et la pièce associée ( 10), ledit organe élastique ( 15, 31) poussant axialement la bague de poussée ( 17) en direction du siège ( 12). 5. Joint frontal mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen d'étan- chéité secondaire ( 20) se présente sous la forme d'une bague torique qui est reliée à l'élément d'étanchéité frontale ( 14) au moyen d'un voile relativement flexible ( 21). 6. Joint frontal mécanique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et le moyen d'étanchéité secondaire ( 20) sont d'une struc- ture monolithique. 7 Joint frontal mécanique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et le moyen d'étanchéité secondaire ( 20) sont formés de polytétrafluorâthylène. 8. Joint frontal mécanique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et le moyen d'étanchéité secondaire ( 20) sont formés de matériaux différents et sont liés ensemble. 9. Joint frontal mécanique selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le voile flexible ( 21) est renforcé dans la direction axiale. 10. Joint frontal mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une fente radiale ( 40) est ménagée dans l'élément d'étanchéité frontale ( 14), ladite fente ( 40) étant située entre la face d'étanchéité de l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et le moyen d'étan- chéité secondaire ( 20) et permettant un mouvement axial relatif entre eux. 11. Joint frontal mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de positionnement pour empêcher une rotation relative entre l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et sa pièce associée ( 10). 12. Joint frontal mécanique selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité frontale( 14) est poussé en contact étanche contre le siège ( 12) à l'aide d'un organe élastique ( 31) qui agit entre l'élément d'étan- chéité frontale( 14) et sa pièce associée ( 10), ledit organe élastique ( 31) s'engageant dans une partie en creux ( 33) formée sur l'élément d'étanchéité frontale ( 14) pour empêcher une rotation relative entre l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et sa pièce associée ( 10). 13. Joint frontal mécanique selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une bague de poussée ( 17) applique une force axiale à l'élément d'étanchéité ( 14) et une force radiale au moyen d'étanchéité secondaire ( 20), ladite bague de poussée ( 17) s'engageant dans une partie en creux cor- respondante ( 33) formée sur l'élément d'étanchéité frontale ( 14) de manière à empêcher une rotation relative entre l'élément d'étanchéité frontale ( 14) et sa pièce associée ( 10).