Brevet FR2559231A1 — publié le 19850809

Bague d'étanchéité radiale pour arbre. L'invention concerne une bague d'étanchéité radiale pour arbre, comprenant un logement de forme annulaire et de section en "L", une garniture d'étanchéité maintenue sensiblement à l'intérieur de ce dernier, laquelle garniture forme une levre d'étanchéité tournée vers l'agent à retenir de façon étanche, ainsi qu'une garniture de protection qui forme une levre de protection disposée sur le côté de la levre d'étanchéité qui est à l'opposé de l'agent à retenir de façon étanche, l'une des deux levres étant constituée en un matériau à base de PTFE et l'autre des levres étant constituée en un matériau élastomere. Dans une bague d'étanchéité radiale pour arbre connue de ce type, une garniture de protection en élastomere est vulcanisée sur le logement métallique, et une garniture d'étanchéité est vulcanisée sur la garniture de protection et se présente sous la forme d'un disque en anneau circulaire en PTFE d'épaisseur partout égale. La levre d'étanchéité est légerement coudée en direction de l'agent à retenir de façon étanche, la levre de protection est coudée en sens inverse, c'est-à-dire vers l'extérieur et les deux levures constituent des ouvertures de forme circulaire, concentriques à l'axe du logement. I1 s'est avéré que les bagues d'étanchéité radiale pour arbre de ce type ne conviennent pas aux cas d'utilisation dans lesquels elles sont exposées à de forts dépôts de salissures provenant de l'extérieur, et en particulier de salissures humides. Si la levre d'étanchéité détermine une obturation parfaite pour l'huile de lubrification ou pour l'huile de moteur, la levre de protection devient sèche; quand on utilise une levre de protection en un matériau élastomere, il en résulte une augmentation de la température de fonctionnement et de l'usure.Si des salissures humides telles que de la boue sèchent et adherent à l'état de repos ou même si elles se congèlent comme cela est inévitable avec les joints de vilebrequins de moteurs ainsi qu'avec les joints d'arbres de transmissions et d'essieux de véhicules de chantier et de tracteurs agricole, il existe le danger additionnel que la lèvre de protection en élastomère soit complètement ou partiellement arrachée lors d'une remise en marche. L'invention a pour but de développer une bague d'étanchéité radiale pour arbre dont la lèvre d'étanchéité est bien protégée contre des salissures venant de l'extérieur, et convenant aussi à des véhicules de chantier, à des tracteurs agricoles et analogues. Partant d'une bague d'étanchéité radiale pour arbre du type mentionné dans le préambule, ce but est atteint selon l'invention du fait que la lèvre de protection est réalisée en un matériau à base de PTFE et la lèvre d'étanchéité en un matériau élastomère. Le PTFE (polytétrafluoréthylène) et en particulier le PTFE chargé se caractérisent par des propriétés de glissement exceptionnellement bonnes et par une forte résistance à l'usure même quand elles fonctionnent à l'état sec.En outre, les lèvres d'étanchéité pressées contre l'arbre par un ressort annulaire et constituées en un matériau élastomère pour retenir de façon étanche des huiles de moteurs et de transmissions se sont révélées particulièrement valables. C'est pour ces raisons que l'invention permet d'obtenir une combinaison optimale. En outre, quand il s'agit d'une lèvre de protection réalisée en un matériau à base de PTFE, le danger qu'elle soit endommagée par de la boue s'étant desséchée ou gelée est plus faible que lorsqu'il s'agit d'une lèvre de protection constituée en un élastomère.Comme finalement une garniture d'étanchéité en PTFE peut être bien fixée par vulcanisation ou par collage à une garniture d'étanchéité en élastomère, un mode de réalisation préféré de la bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'invention prévoit une lèvre d'étanchéité en élastomère contrainte par un ressort et une lèvre de protection en PTFE fixée par vulcanisation ou par collage. Normalement, la lèvre de protection est orientée en sens contraire de la lèvre d'étanchéité, mais elle peut également être disposée en oblique en direction de la lèvre d'étanchéité. Une lèvre de protection en PTFE pour bague d'étanchéité radiale pour arbre est connue en soi (demande de brevet allemand P 33 27 229.1 de la Déposante, datée du 28.7.1983, figure 6), mais seulement en combinaison avec une lèvre d'étanchéité en PTFE, les deux lèvres étant formées d'un seul tenant sur une partie de support commune d'une garniture. Pour éliminer immédiatement par raclage la boue qui adhère à l'arbre dans la région de la lèvre de protection de manière qu'après l'arrêt de l'arbre de la boue se séchant ou se congelant ne puisse jamais provoquer l'adhérence de la lèvre de protection contre l'arbre, autour de celui-ci, il est recommandé de constituer la lèvre de protection en PTFE de manière que son bord intérieur libre soit disposé en oblique par rapport à un plan diamétral du logement, c'est-à-dire également en oblique par rapport à la périphérie de l'arbre. On obtient ce résultat de la façon la plus simple en découpant de la garniture de protection en PTFE, aussi longtemps qu'elle se trouve à l'état plan, un disque excentrique, elliptique ou de forme circulaire. Selon ce mode de réalisation préféré de la bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'invention, le bord intérieur libre de la lèvre de protection - vu en direction de l'axe du logement - présente donc une forme circulaire ou elliptique s'écartant d'un cercle concentrique à l'axe du logement. Avantageusement, on introduit le logement et la garniture de protection en PTFE dans un outil servant à la réalisation de la garniture d'étanchéité, et pour ce faire on introduit par injection une substance élastomère dans l'outil et on l'y vulcanise. Comme un facteur décisif de la qualité de la bague d'étanchéité radiale pour arbre est que la garniture de protection en PTFE soit centrée avec précision par rapport au logement et relativement à l'outil, il est proposé de disposer la garniture de protection à l'avant du logement et de la munir sur son côté avant d'un épaulement de centrage se disposant sur un cercle concentrique à l'axe du logement; on nta alors besoin sur l'outil que d'une saillie- correspondante tournée vers la cavité de moulage, qui coopère avec l'épaulement de centrage de la garniture de protection pour centrer cette dernière. En ce qui concerne l'épaulement de centrage, il s'agit avantageusement du bord d'un évidement formé autour de la périphérie, sur le côté avant de la garniture de protection, mais il peut être également constitué par plusieurs saillies disposées à certaine distance angulaire les unes des autres et formées sur le côté avant de la garniture de protection.Selon un autre mode de réalisation de la bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'invention, la garniture de protection est disposée à l'avant du logement et ce dernier est muni sur son côté frontal d'un épaulement de centrage destiné à la périphérie de la garniture de protection, cet épaulement de centrage étant situé sur un cercle concentrique à l'axe du logement. On peut alors presser la garniture de protection dans l'épaulement de centrage de manière que le logement et la garniture de protection centrée sur lui puissent être introduits dans l'outil sous forme d'un ensemble unitaire pour réaliser la garniture d'étanchéité. Pour fixer fiablement la garniture d'étanchéité dans le logement quand il s'agit de modes de réalisation dans lesquels la garniture de protection est disposée à l'avant du logement, il est recommandé de munir le logement sur son côté frontal de saillies disposées selon une certaine distance angulaire les unes des autres, contre lesquelles s'applique la garniture de protection et entre lesquelles s'étend le matériau élastomère d'une partie de support de la garniture d'étanchéité qui est fixée au logement. Bien que la garniture de protection s'applique alors contre le côté frontal du logement, des régions dans lesquelles le matériau élastomère de la garniture d'étanchéité peut s'écouler entre le logement et la garniture de protection sont également constituées dans ces régions du côté frontal. Ces saillies peuvent être également utilisées pour le centrage de la garniture de protection quand au moins une partie des saillies forme un épaulement de centrage en direction radiale et à l'extérieur. Pour pouvoir retirer plus facilement la bague d'étanchéité radiale pour arbre terminée de l'outil servant à la réalisation de la garniture d'étanchéité, il est avantageux que la garniture de protection en PTFE qui est relativement rigide présente une rigidité à la flexion plus faible dans la région de transition entre sa lèvre de protection et une partie de support. Dans ce but, il est proposé de scinder la garniture de protection en direction radiale en partant du bord interne libre de la lèvre de protection - quand la garniture de protection est à l'état plan - et de la subdiviser en plusieurs lèvres de protection flexibles disposées les unes à la suite des autres dans la direction axiale.Pour que ces lèvres de protection partielles puissent fonctionner relativement les unes aux autres quand l'arbre ne tourne pas tout à fait rond, le diamètre interne de la partie extérieure des lèvres de protection est, selon un mode de réalisation préféré, inférieur au diamètre interne de la partie voisine des lèvres de protection d'une mesure telle que lorsqu'une garniture de protection est enfilée sur un arbre un interstice allant en s'élargissant vers l'intérieur en direction radiale soit constitué entre les deux parties de lèvres de protection. On peut ainsi obtenir une étanchéité particulièrement bonne avec la garniture de protection. En variante, la lèvre de protection peut également présenter à une distance radiale de son bord interne libre une réduction de section qui augmente sa flexibilité, pour pouvoir retirer relativement facilement la bague d'étanchéité radiale pour arbre terminée de l'outil utilisé pour réaliser la garniture d'étanchéité. Il est particulièrement avantageux de réaliser la garniture de protection en un matériau à base de PTFE sous forme d'un disque plan et de l'introduire ensuite dans un outil d'injection et de vulcanisation chauffable pour réaliser la garniture d'ét;anchéité, de manière que la lèvre de protection à l'état chaud puisse être déviée en direction axiale au travers de ltoutil et puisse être également étirée dans son diamètre interne.Les matériaux à base de PTFE présentent un comportement dit à mémoire; si la lèvre de protection s'échauffe en fonctionnement à la suite d'un frottement, elle tend à revenir à son état de départ plan, ce qui fait que la qualité de l'étanchéité s'en trouve encore meilleure. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention ressortiront de la description qui suit ainsi que du dessin annexé représentant deux modes de réalisation préférés de la bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'invention, ainsi qu'une vue schématiqué des régions essentielles d'un outil pour la réalisation de la garniture d'étanchéité.Sur le dessin: la figure 1 est une coupe axiale d'un premier mode de réalisation de la bague d'étanchéité radiale pour arbre, la figure 2 est une vue frontale de cette bague d'étanchéité radiale pour arbre, où est indiquée la ligne de coupe (ligne 1-1) de la figure 1, la figure 3 est une représentation à plus grande échelle d'une partie découpée de la figure 1, la figure 4 est une vue latérale de la bague d'étanchéité radiale pour arbre enfilée sur un arbre, la figure 5 représente une partie d'une vue en coupe d'un outil d'injection et de vulcanisation destiné à la réalisation de la garniture d'étanchéité, où seuls sont indiques le logement et la garniture de protection, les figures 6 à 8 sont des vues correspondant aux figures 1 à 3 d'un second mode de réalisation de la bague d'étanchéité radiale pour arbre. Les figures 1 à 3 représentent un logement métallique de forme annulaire 10 comprenant une bague d'appui 12 et une aile de fixation 14 formant ensemble une section sensiblement en "L". Une garniture d'étanchéité réalisée en un matériau élastomère et désignée dans son ensemble en 16 est constituée par une lèvre d'étanchéité 18 et par une partie de support 20 qui est vulcanisée sur le logement, entoure le pourtour interne de l'aile de fixation 14 et forme à l'extérieur une bague adhésive 22 dont la périphérie est munie de stries périphériques 24. Des bossages 26 sont formés vers l'avant en faisant saillie de l'aile de fixation 14 du logement 10 et séparés les uns des autres d'une certaine distance angulaire, contre lesquels s'applique la partie de support 28 d'une garniture de protection 30 en un matériau à base de PTFE. La région interne radiale de la garniture de protection forme une lèvre de protection 32, et sur le coté frontal de la garniture de protection est constitué un évidement 34 dont le bord radial extérieur forme un épaulement de centrage 36. En outre, la section de la garniture de protection est amincie par l'évidement 34 dans'la région de transition entre la lèvre de protection 32 et la partie de support 28, ce qui permet de faire dévier la bague d'étanchéité radiale pour arbre plus facilement en direction axiale. Aux figures 1 et 3, la lèvre de protection 32 est représentée par les lignes en traits continus dans la position qu'elle occupe quand elle n'est pas traversée par un arbre 40, alors que la position de travail de la lèvre de protection 32 est représentée par des lignes en traits mixtes. La garniture de protection 30 est vulcanisée sur la garniture d'étanchéité 16 et la région périphérique de sa partie de support 28 est enfoncée dans la partie de support 20 de la garniture d'étanchéité. Un ressort annulaire 44 sert finalement à appliquer la lèvre d'étanchéité 18 contre l'arbre 40. Comme on peut le voir à la figure 2, un trou 46 est découpé dans la garniture de protection 30 pour le passage de l'arbre 40 qui, à l'état non monté de la garniture de protection, est excentrique par rapport à la périphérie extérieure de cette dernière et de ce fait par rapport à l'axe 48 du logement 10. On obtient ainsi, lorsque la lèvre de protection 32 s'applique contre un arbre 40, une position du bord 50 de la lèvre de protection qui s'applique contre l'arbre qui est en oblique par rapport à un plan diamétral 52 (voir figure 4) passant par l'arbre 40.La figure 4 montre clairement que la boue projetée contre la périphérie de l'arbre 40 est continuellement raclée dans la région d'appui de la lèvre de protection 32 tant que l'arbre tourne ou dès qu'il recommence à tourner. I1 suffit de découper un trou excentrique 46, mais de forme circulaire, dans un disque en PTFE formant ensuite la garniture de protection 30, bien qu'en théorie un trou elliptique soit préférable. La figure 5 représente une partie d'une vue en coupe d'un outil d'injection et de vulcanisation 54, constitué par l'assemblage des parties d'outil I, II et III qui délimitent une cavité de moulage 56 de forme annulaire. Dans cette cavité débouche un canal d'injection 58 passant par la partie I de l'outil.La cavité de moulage est constituée de manière que le logement 10 et la garniture de protection 30 qui s' applique contre ses bossages 26 puissent s'y disposer de façon bien adaptée, une saillie en forme d'anneau circulaire 60 de la partie III de l'outil pénétrant dans la cavité 34 de la garniture de protection de manière que cette dernière soit centrée par son épaulement de centrage 36, c'est-à-dire de manière que la périphérie extérieure de la garniture de protection soit concentrique à l'axe du logement 10. Après fermeture de l'outil 54, le matériau élastomère est injecté dans la cavité de moulage 56 et y forme la garniture d'étanchéité 16, le matériau élastomère passant entre les bossages 26 et pouvant ainsi constituer toutes les régions de la partie de support 20 de la garniture d'étanchéité 16. L'outil 54 doit pouvoir être chauffé par des moyens qui ne sont pas représentés pour pouvoir vulcaniser le matériau élastomère formant la garniture d'étanchéité 16, ce matériau se liant simultanément au logement 10 et à la garniture de protection 30. On ouvre ensuite l'outil encore à l'état chaud et on retire les parties II et III de la partie I de l'outil dans la direction de la flèche A. La lèvre de protection 32 est alors étirée jusqu'au diamètre extérieur le plus important de la partie II de l'outil, ctest-à-dire jusqu'au diamètre interne le plus important de la lèvre d'étanchéité 18, et elle obtient ainsi sa forme définitive. Le second mode de réalisation qui est représenté aux figure 6 à 8 ne sera décrit que dans la mesure où il est différent du premier mode de réalisation selon les figures 1 à 4. Selon ce deuxième mode de réalisation, la lèvre de protection 32' est subdivisée pendant la réalisation de la garniture de protection 30', tant que cette dernière forme une pièce plane en forme d'anneau circulaire, à partir de l'intérieur et en direction radiale de façon à réaliser une partie de lèvre extérieure et une partie de lèvre intérieure 32a ou 32b. A l'état plan de la garniture de protection 30', le diamètre interne de la partie de lèvre de protection extérieure 32a doit être inférieur au diamètre interne de la partie de lèvre de protection intérieure 32b d'une mesure telle que lorsque la garniture de protection 30' est enfoncée sur un arbre 40, un interstice 64' allant en s'élargissant vers l'intérieur soit constitué en direction radiale, cet interstice permettant les - ents des deux parties de lèvres de protection l'une par rapport à l'autre - et permettant quand l'arbre 40 tourne en faux rond que les deux parties de lèvres de protection s'appliquent contre la périphérie de l'arbre et remplissent leur fonction d'étanchéité. Dans ce mode de réalisation également, plusieurs bossages 26' disposés à une certaine distance angulaire les uns des autres font saillie vers l'avant à partir de l'aile de fixation 14' du logement 10', ces bossages formant chacun un gradin et de ce fait un épaulement de centrage 36'. La garniture de protection 30' est pressée entre ces éléments de centrage, ce qui fait que le logement 10' et la garniture de protection 30' peuvent être introduits sous forme d'un ensemble unitaire dans l'outil d'injection et de vulcanisation. Aussi bien dans le mode réalisation de la figure 1 que dans le mode de réalisation de la figure 6, l'agent tel que de l'huile pour moteur ou pour transmission qui doit être retenu de façon étanche se trouve sur la droite de la garniture d'étanchéité 16 ou 16', alors que le côté gauche de la bague d'étanchéité radiale pour arbre est exposé aux salissures. REVENDICATIONS 1. Bague d'étanchéité radiale pour arbre comprenant un logement de forme annulaire et de section en "L", une garniture d'étanchéité maintenue sensiblement à l'intérieur de ce dernier, laquelle garniture forme une lèvre d'étanchéité tournée vers l'agent à retenir de façon étanche, ainsi qu'une garniture de protection qui forme une lèvre de protection disposée sur le côté de la lèvre d'étanchéité qui est à l'opposé de l'agent à retenir de façon étanche, l'une des deux lèvres étant constituée en un matériau à base de PTFE et l'autre des lèvres étant constituée en un matériau élastomère, caractérisée en ce que la lèvre de protection (32; 32') est constituée par le matériau à base de PTFE et la lèvre d'étanchéité (18) par le matériau élastomère. 2. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bord interne libre (50) de la lèvre de protection (32) est disposé en oblique par rapport à un plan diamétral (52) du logement (10). 3. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon la revendication 2, caractérisée en ce que le bord interne libre (50) de la lèvre de protection (32) - vu en direction de l'axe du logement (32) - présente une forme circulaire ou elliptique s'écartant d'un cercle concentrique à l'axe du logement. 4. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la garniture de protection (30) est disposée à l'avant du logement (10) et est munie sur son côté frontal d'un épaulement de centrage (36) situé sur un cercle concentrique à l'axe (48) du logement. 5. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une garniture de protection (30') est disposée à 1' avant du logement (10') et en ce que ce dernier est muni sur son côté avant d'un épaulement de centrage (36') destiné à la périphérie de la garniture de protection (30'), et situé sur un cercle concentrique à l'axe du logement. 6. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon la revendication 5, caractérisée en ce que la garniture de protection (30') s'applique à ajustage serré contre l'épaulement de centrage (36'). 7. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le logement (10) présente sur son côté avant des saillies (26) disposées à une certaine distance angulaire les unes des autres, contre lesquelles s'applique la garniture de protection (30) et entre lesquelles s'étend le matériau élastomère d'une partie de retenue (20) de la garniture d'étanchéité (16) qui est fixée au logement. 8. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon les revendications 5 et 7, caractérisée en ce qu'au moins une partie des saillies (26) forme un épaulement de centrage (36') en direction radiale et vers l'exterieur. 9. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la garniture de protection (30') est subdivisée à partir du bord interne libre de la lèvre de protection (32') en direction radiale, quand la garniture de protection est à l'état plan. 10. Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon la revendication 9, caractérisée en ce que le diamètre interne de la partie extérieure (32a3 des lèvres de protection est inférieur au diamètre interne de la partie voisine (32b) des lèvres de protection d'une mesure telle que lorsqu'une garniture de protection (30') est enfilée sur un arbre (40), un interstice (64') allant en s'élargissant vers l'intérieur en direction radiale est constitué entre les deux parties des lèvres de protection. 11, Bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la lèvre de protection (32) présente une partie de section affaiblie (34) à une distance radiale de son bord interne libre (50) qui augmente sa flexibilité. 12. Procédé pour réaliser une bague d'étanchéité radiale pour arbre selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la garniture de protection constituée par le matériau à base de PTFE est réalisée sous forme d'un disque plan et est introduite ainsi dans un outil d'injection et de vulcanisation chauffable destiné à réaliser la garniture d'étanchéité, de manière que la lèvre de protection à l'état chaud soit déviée par outil en direction axiale et également étirée dans son diamètre interne.