Brevet FR2544442A1 — publié le 19841019

- L'invention concerne les joints à graisse et huiles fluides,conçus pour former un joint dit "primaire" pour de la graisse dans une zone lubrifiée, fermée hermé- tiquement, constituer un joint à exclusion-et laisser la possibilité, à un gaz et une vapeur sous pression, qui s'accumuleraient autrement à l'intérieur de la zone fermée, d'être ventilés vers l'extérieur et permettre à l'air extérieur ou atmosphérique de pénétrer dans cette zone pour y empêcher l'établissement d'une dépression. Dans l'industrie automobile et autre, il est nécessaire d'utiliser des éléments de transmission extrê- mement peu volumineux La diminution constante de la dimension des automobiles a provoqué un accroissement de la popularité et de l'importance des véhicules à traction avant Ces automobiles, à la différence des automobiles classiques précédentes comportant un moteur monté à l'avant et des roues motrices arrière, exigent que non seulement le moteur et de nombreux accessoires, mais également la transmission, le différentiel et les demi-arbres de roues soient placés à l'avant La suspension indépendante des roues avant et le mécanisme de direction exigent également l'utilisation d'autres éléments qui sont complexes du point de vue mécanique et qui doivent être placés dans des zones dont les dimensions diminuent progressivement. Avec l'avènement de ces assemblages compacts, est apparue la nécessité d'un joint qui assure de façon fiable l'étanchéité de l'intérieur de l'ensemble mécanique et permet également la ventilation des gaz et de la vapeur de cette zone lorsque la température s'élève Ces ensembles compacts sont à présent, souvent, largement remplis de graisse ou autre lubrifiant et, en raison de leurs petites dimensions, ils sont considérés comme effectuant "un travail intense" et sont donc caractérisés par une élévation rapide de la température et un fonctionnement prolongé dans des conditions de températuresrelativement élevées. -2- L'élévation de la pression des gaz et des vapeurs dans l'ensemble étanche, si la pression n'est pas conve- nablement ventilée et limitée, peut provoquer littéralement "l'expulsion" de l'ensemble du joint de sa position de montage ou, dans d'autres cas, une usure rapide ou l'appa- rition prématurée de fuites Dans le passé, bien que le coût du joint lui-même ne soit pas important par rapport à celui des pièces qu'il protège de façon étanche, le travail demandé pour remplacer un joint, une fois le montage achevé, est très important, et une défail- lance, même d'un joint relativement bon marché, peut condui- re à une mise hors service par usure rapide, ou même à une défaillance complète des pièces protégées qui sont extrême- ment coûteuses. Conformément à l'invention, une lèvre principale de dimension, de section et de flexibilité réduites, est utilisée, cette lèvre présentant une surface "côté huile" tournée vers la zone protégée de manière étanche, et une surface "côté air" tournée vers l'autre côté, ces surfaces se rejoignant suivant une bande d'étanchéité principale qui n'est que peu espacée de l'arbre associé et est positionnée en ce point par des éléments de pompage présen- tant des surfaces de contact avec l'arbre ainsi que des surfaces de "travail" conçues pour renvoyer vers la zone protégée la graisse fuyant de cette zone La lèvre auxi- liaire est beaucoup plus grande que dans un joint classique et elle est espacée axialement de la lèvre principale de façon qu'une gorge annulaire de section sensiblement en V subsiste entre les deux lèvres. La gorge annulaire formée entre ces joints peut recevoir une quantité dosable de graisse,-ce qui permet à la lèvre auxiliaire de fonctionner dans un état graissé, alors que la lèvre principale reste très légèrement espacée de la surface de l'arbre associé pour permettre une venti- lation à partir de la zone protégée de façon étanche. -3- Dans le même temps, la lèvre principale présente plusieurs parties configurées-hydrodynamiques ou de pompage destinées à renvoyer la plus grande partie ou la totalité de la graisse, pouvant s'en échapper, vers l'intérieur de la gorge pendant le fonctionnement. L'invention concerne donc un joint comportant un bâti extérieur qui présente une surface de montage et un corps de lèvre d'étanchéité lié à une partie du bâti, ce corps présentant des surfaces annulaires définissant les parties côté air et côté huile d'une lèvre principale, ces parties se rejoignant suivant sensiblement un-cylindre de dimension axiale mesurable pour former une bande d'étanchéité princi- pale, plusieurs éléments de pompage hydrodynamiques étant situés de façon espacée sur cette bande d'étanchéité, et une lèvre auxiliaire définie par deux surfaces tronconiques se rejoignant suivant sensiblement un cercle, formant une partie à lèvre auxiliaire ou d'exclusion Les lèvres princi- pale et secondaire sont espacées de façon à définir une zone annulaire de section sensiblement en V, et les éléments de pompage servent à maintenir la bande d'étanchéité de la lèvre principale légèrement espacée d'un arbre associé, au moins dans les zones des éléments La lèvre auxiliaire est de diamètre réduit par rapport à la dimension de la bande d'étanchéité lorsque le-joint est à l'état relâché. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple non limitatif et sur lequel la figure 1 est une coupe verticale d'une partie du joint selon l'invention; la figure 2 est une vue en bout, avec élévation et coupe partielles, et arrachement partiel du joint selon l'invention tel que vu de son '"côté huile"; la figure 3 est une coupe verticale partielle du joint des figures 1 et 2, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; et la figure 4 est une coupe verticale partielle du joint des figures 1 et 2, suivant la ligne 4-4 de la figure 2. 4- Dans la description qui suit, on suppose que le joint selon l'invention est logé, par sa partie cylin- drique extérieure, dans un lamage de machine, les lèvres du joint agissant radialement-vers l'intérieur sur un arbre associé et le milieu retenu de façon étanche étant de la graisse. La figure 1 représente le joint selon l'invention, désigné globalement par la référence numérique 10 et comprenant un bâti 12 et un corps 14 d'étanchéité en élastomère Le bâti 12 comporte une bride axiale 16 de montage dont l'extrémité située axialement vers l'intérieur est recourbée en 18 On entend par l'expression "axialement intérieure& la partie du joint dirigée vers l'intérieur de la zone protégée de manière étanche, cette partie du joint étant parfois appelée le "côté huile" du joint Le bâti 12 comporte également une bride sensiblement radiale 20 reliée à un rebord intermédiaire ou axial 22 de déport qui est lui-même relié à une bride 24 de liaison ou de talon s'étendant radialement et située radialement vers l'inté- rieur. Les deux surfaces extrêmes annulaires 25 et 27 de la bride 24 de liaison sont entourées par des parties du corps d'étanchéité 14 en élastomère dont les éléments principaux sont un petit corps 26 de lèvre principale d'étanchéité et un corps 28 de lèvre auxiliaire ou d'exclusion A la différence des joints de l'art antérieur, le corps principal 26 est d'épaisseur réduite, comme représenté, et son diamètre intérieur est agrandi par rapport au diamètre intérieur du corps de la lèvre d'exclusion. Le corps 26 de la lèvre principale présente une surface sensiblement annulaire 30 tournée côté huile, une surface tronconique 32 côté air et une surface 34 de bande d'étanchéité principale s'étendant à peu près axialement entre les bordsradialement intérieurs, des -5- surfaces 30 et 32 et, suivant qu'elle est dans un état relâché ou monté, cette surface 34 étant cylindrique ou légèrement tronconique Ainsi qu'on peut également le voir, une gorge annulaire, désignée globalement en 36, présentant une section en V, s'étend entre les corps d'étanchéité princi- pal et secondaire 26 et 28, laquelle gorge 36 est importante dans le fonctionnement du joint' ainsi qu'il apparaîtra ci-après Le terme "principal" désigne un élément d'étan- chéité disposé entre des pièces mobiles entre elles et le terme " secondaire " désigne un élément d'étanchéité entre deux parties ou pièces fixes. Le corps 28 de lèvre auxiliaire ou d'exclusion est défini en partie par une surface tronconique axialement intérieure 38 et par une surface tronconique axialement extérieure 40, ces surfaces se rejoignant suivant globale- ment un cercle pour former une bande d'étanchéité auxi- laire ou d'exclusion 42 Le corps 28 présente une surface extérieure profilée 43 s'élevant jusqu'à la paroi 25 et s'étendant le long de cette paroi 25 de l'embouti 12, et qui peut comporter une lèvre résiduelle 45 dite "bavure d'arrachement" résultant du moulage. En se référant de nouveau à la bande d'étanchéité principale 34, une caractéristique importante de l'inven- tion est que cette bande d'étanchéité comporte plusieurs éléments 44, 46 de pompage disposés sur ladite bande, à distance circonférentielle les uns des autres, et chacun des éléments 44 et 46 présente une pointe 48 espacée des parois arrière 52 des éléments 44 et 46, la pointe étant formée par la jonction des parois latérales 50 de chaque élément. L'autre surface des éléments 44 et 46 de pompage est une surface 54 de contact qui est destinée à s'appli- quer contre la surface extérieure 56 d'un arbre tournant associé 58 Comme représenté sur le dessin, lorsque les éléments 44 et 46 de pompage, qui sont représentés comme 6- étant de dimension radiale ou de hauteur différentes, sont appliqués contre la surface 56, plusieurs espaces ou passa- ges 60 et 62 de ventilation sont formés Dans le cas d'un élément 44 de pompage de dimension radiale relativement grande, l'espace adjacent 60 de ventilation est plus grand que l'espace 62 s'étendant à proximité immédiate de l'élé- ment plus petit 46. Il n'est pas nécessaire, conformément à l'invention, que les éléments de pompage 44 et 46 soient différents les uns des autres en ce qui concerne la hauteur radiale, mais ceci constitue une caractéristique facultative de l'invention. Lorsque le joint est en position dans un lamage de machine-(non représenté) la bande 42 d'étanchéité de la lèvre secondaire porte contre la surface exté- rieure 56 de l'arbre 58 de façon relativement étroite; cette surface est lubrifiée par la-graisse contenue dans- la gorge annulaire 36 La zone protégée de manière. étanche,indiquée en 64 sur les figures 3 et 4, est remplie également de graisse qui s'étend également au-dessous de la bande d'étanchéité principale 34 Comme montré sur la figure 2, plusieurs espaces ou passages 60 et 62 de ventilation, travaillant faiblement, s'étendent à proximité immédiate des éléments de pompage associés 44 et 46; ces passages ou canaux, qui sont remplis de graisse pour assurer la lubrification du joint lors de l'utilisation, servent également à la ventilation des vapeurs et des gaz de la zone protégée 64 lors d'une élévation rapide de la température. Ceci empêche une élévation indésirable de la pression à l'intérieur de la zone protégée 64. Avec une perte minimale de graisse, les vapeurs ou les gaz peuvent passer au-dessous de la bande 34 d'étanchéi- té et pénétrer dans la gorge 36 Ensuite, le gaz peut passer aisément audessous de la bande 42 d'étanchéité de la lèvre d'exclusion, attendu que l'équilibre des forces exercées par les fluides dans la zone 36 de la gorge travaille de -7- façon à rompre l'étanchéité ou ouvrir le joint réalisé par la lèvre 28 d'exclusion L'introduction fortuite de petites quantités de graisse dans cette zone pendant la décharge des gaz n'affecte pas de façon notable le compor- tement du joint, mais en fait, l'améliore en maintenant la zone de la lèvre d'exclusion bien lubrifiée. Dans les formes de réalisation antérieures, le diamètre intérieur, venu de moulage, de la lèvre d'exclusion était légèrement plus grand que celui de la lèvre principale. Dans le cas de la présente invention, '"l'ajuste- ment résiduel"', c'est-à-dire le degré duquel l'arbre est plus gros que l'ouverture du joint, concernant la lèvre auxiliaire ou d'exclusion, qui est conçue pour fonctionner à l'état mouillé plutôt qu'à sec, est plus importantet le corps de la lèvre principale est réalisé de façon que "l'ajustement résiduel" soit relativement moindre. La présence des éléments de pompage 44 et 46 sur la bande d'étanchéité 34, associée à la dimension axiale relativement grande de cette bande d'étanchéité principale 34, assure que, lorsque de la graisse est expulsée pério- diquement au-dessous de la bande 34 d'étanchéité pendant la ventilation des gaz et des vapeurs, les éléments hydro- dynamiques ou saillies " 1 pmpent" la plus grande partie de cette graisse de façon à la renvoyer dans la zone protégée 64 Ceci maintient une alimentation convenable en graisse au-dessous de la lèvre, à tous moments, ce qui est néces- saire dans l'environnement à "travail intensif" auquel les joints du type auquel l'invention a trait sont norma- lement exposés Par conséquent, en fonctionnement, le joint selon l'invention permet la ventilation des gaz et des vapeurs sans perte de quantités notables de graisse, et permet à la gorge intermédiaire 36, située entre les corps de lèvres principale et d'exclusion 26 et 28, de travailler à froid et de retenir une quantité de lubrifiant suffisante pour lubrifier la bande 42 d'étanchéité de la lèvre d'exclusion. 8- Les éléments ou saillies hydrodynamiques mention- nés sont représentés comme étant de forme triangulaire; mais il est évident que l'on peut utiliser à cet effet d'autres saillies de formes convenables, par exemple en croissant, en triangle présentant d'autres allongements, en coins unidirectionnels ou bidirectionnels tels que des trapèzes, losanges ou autres. En ce qui concerne la forme de la bande 34 d'étanchéité à l'état brut de moulage, dans certains cas, le bord 66 de cette bande s'étendant vers le côté huile peut être d'un diamètre intérieur légèrement réduit par rapport au bord 68 s'étendant vers le côté air du joint. Cet état est illustré sur la figure 1 Lorsque le joint est posé, comme montré sur la figure 3, la bande 34 d'étanchéité peut prendre une configuration pratiquement cylindrique ou peut même être légèrement inclinée en sens opposé, comme montré sur la figure 4 Dans tous les cas, la bande d'étanchéité est d'une forme générale plus cylin- drique que dans le cas des joints antérieurs dans lesquels les saillies hydrodynamiques seraient formées sur une surface tronconique du côté air, telle que la surface 32 qui définit partiellement la gorge 36 en V. La lèvre d'étanchéité principale, qui-est rela- tivement mince et flexible, présente une bande d'étanchéité relativement large pour sa dimension et elle présente en outre une surface tronconique tournée du côté air; mais elle ne constitue pas cependant un joint-du type à manchon ou douille. Lors de l'utilisation, le joint assure une bonne ventilation; il travaille à faible température et sa mise en place est fiable; il est conçu pour un certain nombre d'applications particulières, notamment celles impliquant des agencements compacts de paliers lubrifiés par de la graisse qui remplit presque totalement les zones protégées de façon étanche. 9 - Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint décrit représenté sans sortir du cadre de l'invention. - R-E V E N D I C A T I O N S 1 Joint à fluide destiné à retenir un lubrifiant dans une zone ( 64) protégée de manière étanche lors de mouvementsrelatifs entre un premier élément de machine et un arbre ( 58) associé audit élément de machine en cours d'utilisation, le joint étant caractérisé en ce qu'il comporte un bâti relativement rigide ( 12) conçu pour être logé de manière étanche aux fluides par le premier élément de machine, et un corps ( 14) à lèvres d'étanchéité conçu pour porter contre l'arbre associé, le bâti présentant une surface ( 16) de montage destinée à s'appliquer étroitement contre le premier élément de machine, et une partie ( 24) de liaison à laquelle une partie du corps associé à lèvres d'étanchéité est destinée à être liée, le corps à lèvres d'étanchéité étant lié à ladite partie de liaison du bâti et comprenant une-lèvre principale ( 26) et une lèvre auxiliaire ( 28), la lèvre principale étant définie au moins en partie par une surface annulaire ( 30), tournée côté huile et située axialement vers l'intérieur, une surface sensiblement tronconique ( 32) espacée axialement et tournée côté air, et une surface d'une bande annulaire axiale,-sensiblement cylindrique ( 34) d'étanchéité principale s'étendant entre les bords inté- rieurs des surfaces côté huile et côté air, ladite surface de bande d'étanchéité portant au moins un élément de pompage hydrodynamique ( 44 ou 46) qui comporte une partie ( 54) de surface destinée à s'appliquer contre l'arbre et dirigée radialement vers l'intérieur, et au moins une sur- face de travail, ladite lèvre auxiliaire étant définie en partie par une première surface tronconique ( 40) dirigée partiellement, en cours d'utilisation, vers l'arbre et s'éloignant de la zone protégée, et par une seconde surfàce tronconique ( 38) dirigée partiellement vers l'arbre et partiellement vers la zone protégée,les surfaces tronconiques se rejoignant suivant globalement un cercle pour former une bande ( 42) d'étanchéité à lèvre auxiliaire, la seconde surface qui définit ladite partie de la lèvre auxiliaire, il et ladite surface côté air de la lèvre principale étant espacées axialement l'une de l'autre et délimitant au moins partiellement entre elles une gorge annulaire ( 36) de section sensiblement en V, le joint étant conçu pour être monté sur l'arbre associé afin d'assurer globalement l'étanchéité aux fluides, l'élément de pompage étant conçu, en cours d'utilisation, pour espacer légèrement de l'arbre associé des parties de la bande d'étanchéité principale afin de former des évents permettant à des gaz et des vapeurs de sortir de la zone protégée - 2 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lèvre principale présente,-en section, une aire réduite par rapport à celle de la lèvre auxiliaire. 3 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments de pompage ( 44, 46). 4 Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments de pompage présentent des hauteurs radiales différentes selon les éléments. Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lorsqu'il est à l'état relâché, le diamètre intérieur de la bande d'étanchéité principale est plus grand que le diamètre intérieur de la bande d'étanchéité formée sur la lèvre auxiliaire 1 6 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord intérieur de la surface côté huile de la lèvre principale est d'un diamètre réduit par rapport à celui du bord intérieur de la surface côté air de la lèvre d'étanchéité principale,, ce diamètre pouvant même être inférieur à celui du bord intérieur de la surface côté air de la lèvre d'étanchéité principale, ou bien, en variante, le bord intérieur de la surface côté huile de la lèvre principale et le bord intérieur de la surface côté air de cette même lèvre principale peuvent être du même diamètre. 7 Joint selon la revendication 2, caractérisé -35 en ce que les éléments de pompage se présentent sous la 12 - forme de triangles dont lessommets ( 48) sont dirigés vers la partie axialement intérieure du joint. 8 Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de pompage sont espacés circonféren- tiellement les uns des autres, sensiblement de la même distance. 9 Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de montage du bâti est constituée par une bride ( 16) de montage s'étendant axialement, le bâti comprenant en outre une bride ( 20) dirigée radialement vers l'intérieur et un rebord ( 22) de déport s'étendant vers l'intérieur, entre la partie de liaison et la partie de montage qu'il relie l'une à l'autre. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie à surface de montage présente une surface dirigée radialement vers l'extérieur et constituée par une bride s'étendant axialement et faisant partie du bâti.