Brevet FR2540955A1 — publié le 19840817

r La présente invention est rel tive à un disposi- tif d'étanchéité disposé entre deux éléments rotatifs l'un par rapport à l'autre,et en particulier entre deux éléments dont l'un est rotatif et dont l'autre est fixe, tels que les bagues interne et externe d'un roulement anti-friction et elle concerne plus particulièrement un dispositif d'é- tanchéité comportant au moins trois parties assurant l'é- tanchéité. Dans des appareils mécaniques, on connait diffé- rents types de dispositifs d'étanchéité dans lesquels 1 ' espace compris entre un arbre rotatif et un boitier conte- nant des roulements associés à l'arbre rotatif, ou entre des éléments pouvant tourner l'un par rapport à l'autre tels que les bagues de roulements anti-friction individuels, est fermé de façon fiable en utilisant un procèdé qui con- siste à séparer l'appareil de façon continue en des cham- bres fermées afin d'empêcher une fuite de lubrifiant de l' appareil ou la pénétration dans l'appareil de poussières ou de contaminants extérieurs. Dans un exemple de la technique antérieure réali- sé dans cette optique (demande de brevet européen N O 0.051 170), comme représenté à la Fig 1 du dessin annexé, le dispositif d'étanchéité est désigné par la référence 1 et est intercalé entre un arbre rotatif 2 et un siège 3 formé sur un boitier 4 coaxialement à l'arbre rotatif. Le dispositif d'étanchéité 1 (Fig 1) comprend une bague d'étanchéité 5 et un élément rigide 6 de protec- tion fixé sur l'arbre 2 La bagué d'étanchéité 5 comporte un élément annulaire 7 de support réalisé en un métal ou autre latériau rigide à haute résistance, et un élémént d' étanche éité 8 fait d'une matière souple et déformable élastiquement, est fixe sur l'élément de support 7. L'élément de support 7 présente en section une forme en "L", et une première partie 9 de cet élément est parallèle à l'axe de l'arbre et une seconde partie 10 de cet élément est perpendiculaire à l'autre partie et s'é- tend radialement par rapport à l'axe de l'arbre Par ail- leurs, l'élément d'étanchéité 8 comprend une partie 11 qui est parallèle à la partie 10 de l'élément 7 et est à peu près plate Deux lèvres annulaires s'étendent à partir de cette partie 11 La première lèvre annulaire 12 s'étend à peu près parallèlement à l'axe de l'arbre 2 et est en outre dans une position inclinée d'un petit angle prédéterminé dans une direction qui l'éloigne de l'axe de l'élémentd'é- tanchéité lui-même D'autre part, la seconde lèvre annulai- re 13 s'étend à partir de la base de la première lèvre 12 de la partie 11 dans une position prédéterminée légèrement inclinée et dans une direction à peu près perpendiculaire à l'axe de l'élément d'étanchéité lui même Les parties d' extrémité 14 et 15 des deux lèvres 12 et 13 sont conformées de façon à pouvoir glisser sur les surfaces 20 et 21 res- pectivement de l'élément 6 de protection Cet élément 6 de protection comprend une partie 22 formant manchon et ayant une épaisseur appropriée, et une aile 23 perpendiculaire à la partie formant manchon L'élément de support 7 peut être ajusté dans le siège formé dans le boitier 4, contre tout déplacement, et est relié au boitier 4 par sa partie 9. Le dispositif d'étanchéité 1 fonctionne de la façon suivante. La bague d'étanchéité 5 est fixée sur le siège 3 formé sur le boitier 4 par la partie 9 L'élément rigide 6 de protection est ensuite monté en étant poussé le long de l'arbre 2 jusqu'à ce que l'aile 23 se trouve de niveau avec le bord 16 de la partie 9 De cette façon les lèvres 12 et 13 sont déformées élastiquement et les parties d'extrémité et 15 de ces lèvres viennent en contact avec la surface de l'aile 23 et avec la surface 21 de la partie 22 for- mant manchon, respectivement. La partie d'extrémité 14 est dirigée vers l'exté- rieur, tandis que la partie d'extrémité 15 est dirigée vers une chambre intérieure 17 délimitée par le siège 3 et 1 i arbre 2 Le lubrifiant qui pourrait s'échapper de la cham- bre annulaire 17 rencontre'la lèvre annulaire 13 qui glisse contre la surface 21 de la partie 22 formant manchon tout en étant forcée contre cette surface avec une pression pré- déterminée La partie d'extrémité 15 de la lèvre 13 est di- rigée vers l'intérieur de la chambre interne 17 et par con- séquent, plus grande est la force de poussée exercée vers l'extérieur par le lubrifiant qui tend à fuir, plus impor- tant est l'effet d'étanchéité. Au contraire, des contaminants extérieurs qui ten- dent à pénétrer dans la chambre 17 rencontrent la lèvre annulaire 12 qui glisse sur la surface 20 de l'aile 23 tout en restant en contact avec cette surface avec une pression prédéterminée La partie d'extrémité 14 de la lèvre 12 est dirigée vers l'extérieur et par conséquent, dans ce cas, plus forte est l'augmentation de la pression avec laquelle les contaminants agissent sur la partie d'étanchéité, plus augmente la pression du contact entre la surface 20 et la lèvre 12 et plus augmente l'effet d'étanchéité. La technique antérieure décrite ci-dessus est efficace pour empêcher le lubrifiant de s'échapper de l'in- térieur de l'appareil mécanique et également pour empêcher les contaminants extérieurs de pénétrer à l'intérieur de l'appareil Cependant si un contaminant tel que de l'eau boueuse provenant de l'extérieur adhère au voisinage de la première lèvre annulaire 12, ce contaminant s'interpose entre la lèvre 12 et la surface 20 pour éroder cette lèvre, favorisant ainsi l'entrée de l'eau boueuse De même, du fait que les lèvres 12 et 13 sont dirigées dans lesdites directions, il se produit à l'intérieur de la chambre annu- laire entourée par les lèvres 12 et 13 et l'élément 6 de protection une pression négative par rapport à l'ambiance, due à une variation de température, et les lèvres sont ainsi forcées fortement contre la surface de glissement, accélérant ainsi l'abrasion des lèvres. De-même, le fait de prévoir seulement deux lèvres (lèvres 12 et 13) conduit à une insuffisance de l'effet d' étanchéité, tant pour empêcher la fuite de lubrifiant que pour empêcher l'entrée des contaminants L'invention a été réalisée compte tenu la situa- tion décrite plus haut et elle a pour but d'éliminer les inconvénients particuliers à la technique antérieure et de réaliser un dispositif d'étanchéité dont l'effet d'étanchéi- té ne soit pas entamé par un contaminant tel que l'eau boueuse qui pénètre de l'extérieur dans l'appareil necani- que. Pour atteindre ce but, il est prévu suivanmt l'in- vention trois lèvres annulaires et ces trois lèvres peuvent être déformées élastiquement vers l'avant (dans la mème di- rection) par rapport à celles de l'intérieur vers 1 texté- rieur afin de permettre ainsi au lubrifiant de fuir plutôt légèrement, de sorte que la partie d'étanchéité puisse être lubrifiée afin d'empêcher les lèvres d'être érodées par de l'eau boueuse ou analogue. D'autres caractéristiques et avantages de 1:'in- vention-n: apparaitront au cours de la description qui va sui- vre, faite en se réfèrant aux dessins annexés donnés unique- ment à titre d'exemple et dans lesquels: la Fig l est une vue en section transversale d'un exemple de la technique antérieure à l'état monté; la Fig 2 est une vue en section transversale d'un premier mode de réalisation de l'invention; les Fig 3 A et 3 B sont des vues en perspective éclatées du premier mode de réalisation; la Fig 4 est une vue en section transversale du premier mode de réalisation à l'état monté; les Fig 5 et 6 sont des vues en section transver- sale, à l'état non monté, montrant les parties essentielles d'un second et d'un troisième modes de réalisation, respec- tivement de l'invention. Quelques modes de réalisation de l'invention seront décrits dans la suite de façon détaillée en référen- ce aux Fig 2 à 6. Les Fig 2 à 4 montrent un premier mode de réali- sation de l'invention dans son application à un dispositif à double roulement approprié pour constituer les roulements des roues arrière d'un véhicule automobile du type à sus- pension indépendante Un roulement double comporte une ba- gue interne 102, une bague externe 104 espacées radialement l'une de l'autre par l'intermédiaire d'organes de roulement 100 pouvant tourner les uns par rapport aus autres et dis- posés concentriquement les uns par rapport aux autres Des dispositifs d'étanchéité 105 suivant l'invention et qui seront décrits ci dessous en détails sont disposés radiale- ment entre les bagues interne 102 et externe 104 et les parties d'extrémité opposées axialement. Comme représenté aux Fig 3 A et 3 B, le dispositif d'étanchéité comprend un premier ensemble annulaire 30 com- prenant un premier organe d'étanchéité 34 fixé sur un pre- mier élément de support 32 qui est à son tour fixé sur la bague externe 104 comme on le, décrira dans la suite, et un second ensemble annulaire 40 constitué par un second organe d'étanchéité 44 fixé sur un second élément 42 de support qui est à son tour fixé sur la bague interne 102 Le pre- mier élément de support 32 est fait d'un métal approprié et présente une première partie 32 a et une seconde partie 32 b s'étendant perpendiculairement à la première, axiale- ment du côté intérieur Le premier organe d'étanchéité 34 pourvu d'une lèvre 36, en caoutchouc ou analogue, et s'é- tendant radialement vers l'intérieur et axialement vers 1 ' extérieur, est fixé sur la périphérie interne de la seconde partie 32 b de l'élément de support 32 D'autre part, le second élément de support 42 comporte d'une façon analogue une première partie 42 a et une seconde partie 42 b s'éten- dant perpendiculairement à la première du côté axialement externe Le seond organe d'étanchéité 44, présentant deux lèvres 46 et 48 s'écartant l'une de l'autre, en caoutchouc ou analogue, est fixé vers l'extérieur sur la partie péri- phérique externe de la deuxième partie 42 b de l'élément de suport 42 La lèvre-46 s'étend moins radialement vers l'ex- térieur et s'étend plus axialement vers l'intérieur uqe la lèvre 48. Pour monter le dispositif d'étanchéité, comme re- présenté à la Fig 4, on introduit le premier ensemble an- nulaire 30 dans un siège 54 jusqu'à ce qu'il prenne appui contre un épaulement 52 de la bague externe 104 du roulement et on introduit ensuite le second ensemble annulaire 40 dans un siège 58 jusqu'à ce qu'il prenne appui contre un épaulement 56 de la bague interne 102 du roulement Lors- que le second ensemble annulaire 40 est introduit, la lèvre 36 du premier organe d'étanchéité 34 vient en contact avec la surface périphérique interne de la première partie 42 a du deuxième élément de support 42 et est déformée élastique- ment dans la direction opposée à celle de l'introduction (vers la droite en considérant la Fig 4), formant ainsi une première partie radiale 60 d'étanchéité De même, la lèvre 48 du deuxième organe d'étanchéité 44 vient en contact avec la surface périphérique interne de la première partie cylin- drique 32 a du prefluier ensemble annulaire 30 et est déformée élastiquement dans la même direction, formant ainsi une deuxième partie radiale d'étanchéité 62 La lèvre 46 du deuxième organe d'étanchéité 44 vient en contact avec la sur- face axiale externe de la deuxième partie 32 b s'étendant radialement, du premier ensemble annulaire 30 au stade fi- nal de l'introduction et est déformée élastiquement, formant ainsi une partie d'étanchéité 64 de la face d'extrémité. On décrira maintenant le fonctionnement du dis- positif d'étanchéité monté de la façon décrite ci-dessus. Le lubrifiant se trouvant dans une chambre inté- rieure 70 formée entre les bagues interne et et externe n'est pas complètement empêché de fuir par les première et deuxième parties radiales d'étanchéité 60 et 62 et par la partie 64 d'étanchéité de la face d'extrémité, mais plus exactement ces parties d'étanchéité permettent une fuite de lubrifiant vers l'extérieur Ceci en raison du fait que, par rapport à la direction de la fuite du lubrifiant indi- quée par un trait mixte, les lèvres 36, 46 et 48 sont dé- formées élastiquement vers l'avant. D'autre part, ladite direction dans laquelle les lèvres 36, 46 et 48 sont dirigées est opposée à la direc- tion de la pénétration de l'eau boueuse ou analogue, qui tend à pénétrer dans la chambre 70 depuis l'extérieur 72 (direction opposée à celle indiquée par le trait mixte) et par conséquent la pénétration d'eau boueuse ou analogue est bien empêchée L'eau boueuse se trouvé-en grande partie nettoyée en franchissant la deuxième partie radiale d'é- tanchéité 62 et lorsqu'elle franchit la partie 64 d'étan- chéité de la face d'extrémité, la presque totalité de la boue, du sable ou autres sont éliminées de l',eau En outre le lubrifiant s'échappe sur les deux parties radiales d'é- tanchéité 60 et 62 et sur la partie 64 de la face d'extré- mité et par conséquent la surface du premier élément-de support 32 n'est presque pas détériorée par le sable ou autre recueilli dans ces parties. On décrira maintenant un second mode de réalisa- tion de l'invention en se référant à la Fig 5 dans laquelle dans un but de clarté, les parties correspondantes à celles du mode de réalisation décrit plus haut-dont désignées par les mêmes références Les différences du second mode de réalisation par rapport au premier seront surtout décrites. Une différence de ce mode de réalisation par rapport au pre- mier décrit plus haut est que la largeur axiale des ensem- bles annualires 30 et 40 est inférieure de façon à rendre l'ensemble du dispositif plus compact Pour cette raison, la lèvre 48 du second organe d'étanchéité 44 du second en- semble annulaire 40 est réalisée relativement longue et de façon à s'étendre en outre axialement vers l'estérieur (vers la droite en considérant la Fig 5) Le lèvre 48 est en con- tact direct non pas avec l'élément 32 de support du premier ensemble annulaire 30 mais avec un siège 54 formé sur la pé- riphérie interne de la bague externe 104. De même des troisièmes parties 32 c et-42 c un peu inclinées de façon à être dirigées l'une vers l'autre sont - prévues dans le prolongement des deuxièmes parties 32 b et 42 b s'étendant radialement depuis les premier et second éléments de support 32 et 42, et les organes d'étanchéité 34 et 44 sont fixés sur ces troisièmes parties. Dans les deux modes de réalisation décrits plus haut, les trois lèvres 36, 46 et 48 sont formées de manière à réaliser une ou deux lèvres pour les premier et second ensembles annulaires 30 ou 40, mais ceci n'est pas indis- pensable Comme on le voit à la Fig 6 qui montre un troisi- ème mode de réalisation de l'invnetion, une autre lèvre 49, en plus de l'organe d'étanchéité 44, peut être fixée sur l'élément de support 42 du second ensemble annulaire 40 et peut être amenée en contact avec le côté périphérique interne d'une partie 32 d repliée à angle droit, de l'élé- ment de support 32 et il peut n'être prévu aucun organe dl étanchéité sur l'élément de support 32 du premier ensemble annulaire 30 La lèvre 49 fixée sur la première partie 42 a du second élément de support 42 est bien entendu formée de façon à s'étendre dans u ne direction vers l'avant par rap- port à la direction de la fuite de lubrifiant. En plus des roulements, il existe de nombreux ap- pareils mécaniques dont l'étanchéité doit être assurée, et l'invention est applicable d'une façon générale à tous ces appareils. Comme on l'a décrit plus haut de façon détaillée le dispositif d'étanchéité suivant l'invention comporte au moins deux parties d'étanchéité radiales et au moins une partie d'étanchéité de face d'extrémité et de plus l'une quelconque de ces trois parties d'étanchéité est conformée de façon à être dirigée vers l'extérieur, depuis l'inté- rieur de l'appareil mécanique Ceci signifie qu'une certai- ne quantité du lubrifiant se trouvant à l'intérieur peut fuir vers l'extérieur et ainsi les parties d'étanchéité précitées sont lubrifiées par le lubrifiant qui s'est échap- pé et ceci conduit à ce résultat que les parteis d'étan- chéité ne sont pas détériorées par des contaminants pro- venant de l'extérieur. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'étanchéité pour assurer l'étan- chéité d'une chambre formée entre des éléments radialement interne et externe disposés coaxialement et espacés radia- lement l'un de l'autre, ces éléments pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend: un premier élément radial ( 30) prolongé radia- lement vers l'intérieur à partir de l'élément externe ( 104) vers la périphérie externe de l'élément interne ( 102), un second élément radial ( 40) disposé axialement à l'extérieur du premier élément radial ( 30) et prolongé radialement vers l'extérieur à partir de l'élément interne ( 102) vers l'élé- ment externe ( 104) de façon que lesdits premier et second éléments radiaux ( 30, 40) puissent s'opposer l'un à l'autre, un premier moyen d'étanchéité ( 36) disposé entre l'extré- mité du premier élément radial, annulaire, ( 30) et l'élé- ment interne ( 102), un second moyen d'étanchéité ( 46) dis- posé entre une surface latérale du premier élément radial ( 30) et le second élément radial ( 40), un troisième moyen d'étanchéité ( 48) disposé entre l'élément externe ( 104) et le second élément radial ( 40), et lesdits premier,-second et troisième moyens d'étanchéité étant conformés de manière à pouvoir permettre une fuite du lubrifiant contenu dans la chambre, tout en pouvant empêcher un passage de matières étrangères provenant de l'extérieur. 2 Dispositif d'étanchéité pour assurer l'étan- chéité d'une chambre formée entre des éléments radialement interne et externe disposés coaxialement et espacés radia- lement l'un de l'autre, ces éléments pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend: un premier élément radial ( 30) prolongé radia- lement vers l'intérieur à partir de l'élément externe ( 104) vers la périphérie externe de l'élément interne ( 102), un il second élément radial ( 40) disposé axialement à l'extérieur du premier élément radial ( 30) et prolongé radialement vers l'extérieur à partir de l'élément interne ( 102) vers l'élé- ment externe ( 104) de façon que lesdits premier et second éléments radiaux ( 30, 40) puissent s'opposer l'un à l'autre, un premier moyen d'étanchéité ( 36) disposé entre l'extré- mité du premier élément radial, annulaire, ( 30) et l'élé- ment interne ( 102), afin de former un premier joint, un second moyen d'étanchéité ( 46) comprenant un organe d'étan- chéité élastique fixé sur le second élément radial ( 40), ledit organe d'étanchéité ( 44)-étant fourchu de manière à former une première extrémité ( 64) qui est en contact avec une surface latérale du premier élément radial ( 30) de ma- nière à former un second joint et une seconde extrémité ( 62) qui forme un troisième joint entre une périphérie in- terne de l'élément externe ( 104) et la seconde extrémité, et lesdits premier, second et troisième moyens d'étanchéité étant conformés de manière à pouvoir permettre une fuite du lubrifiant contenu dans la chambre, tout en pouvant em- pêcher un passage de matières étrangères provenant de l'ex- térieur. 3 Ensemble de roulements comprenant une bague interne, une bague externe ( 104) disposée concentrique à la bague interne ( 102) afin de former une chambre annulaire entre lesdites bagues interne et externe, des organes de roulement ( 100) disposés dans ladite chambre entre les ba- gues interne et externe de façon que ces dernières puissent tourner l'une par rapport à l'autre, des moyens ( 105) pour fermer la chambref, ces moyens comprenant un premier élément radial ( 30) prolongé radialement vers l'intérieur depuis la bague externe ( 104) vers la périphérie externe de la bague interne ( 102), un second élément radial ( 40) disposé axia- lement à l'extérieur du premier élément radial ( 30) et pro- longé radialement vers l'extérieur depuis la bague interne ( 102) vers la bague externe ( 104) de façon que lesdits pre- mier et second éléments radiaux ( 30,40) puissent s'opposer l'un à l'autre, un premier organe d'étanchéité élastique ( 34) disposé entre l'extrémité du premier élément radial, annulaire, ( 30) et l'élément interne ( 102) afin de former un premier joint, un second organe d'étanchéité élastique ( 44) fixé sur le second élément radial ( 40) et fourchu de manière à former un premier élément d'étanchéité qui est en contact avec une surface latérale du premier élément ra- dial ( 30) de manière à former un second joint et un second élément d'étanchéité qui est en contact avec la bague ex- terne ( 104) pour former un troisième joint, et lesdits pre- mier, second et troisième joints étant conformés de manière à pouvoir permettre une fuite du lubrifiant contenu dans la chambre, tout en pouvant empocher un passage de matières étrangères provenant de l'extérieur.