Brevet FR2594519A1 — publié le 19870821

L'invention est relative aux garnitures mécaniques d'étanchéité pour arbre tournant et à un procédé de fabrication de ces garnitures. De façon connue, ces garnitures comportent une bague d'étanchéité fixe; portée par le support traversé par l'arbre,une bague d'étanchéité tournante , qui est en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe, et des moyens de montage de la bague tournante sur l'arbre, l'ensemble étant agencé pour permettre un léger flottement axial et radial de la bague mobile qui reste en contact d'étanchéité avec la bague fixe. Ces garnitures comportent genéralement plusieurs pièces distinctes qui sont assemblées et qui sont constituées essentiellement par une partie de montage sur l'arbre, une partie de réception de la bague mobile, des parties de réception de joints annulaires et une partie de réception d'au moins un ressort séparé. L'invention a pour but de simplifier la structure de ces garnitures. Elle a également pour but de fournir un procédé pour la fabrication de ces garnitures de structure simplifiée. A cet effet, selon l'invention,la garniture mécanique d'étanchéité pour arbre tournant, comportant une bague d'étanchéité fixe, une bague d'étanchéité tournante en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe,est caracté-risée par le fait qu'elle comporte en outre une partie intermédiaire déformable constituée par un soufflet axial, dont une première extrémité axiale porte fixement et de manière étanche l'une desdites bagues fixe et tournante et dont la seconde extrémité axiale coopère avec des moyens assurant l'étanchéité avec respectivement l'arbre ou la paroi traversée par l'arbre, ledit soufflet et lesdites deux extrémités étant constitués par une pièce unique d'un seul tenant. Celle des bagues qui est portée par ladite première extrémité axiale de la partie intermédiaire déformable peut étre assujettie à celle-ci par exemple par un joint annulaire d'étanchéité, par une frette, par collage ou analogue. La deuxième extrémité de ladite partie intermédiaire déformable peut avantageusement coopérer avec un joint annulaire d'étanchéité. Suivant un premier mode de réalisation, la bague fixe est portée par ladite paroi par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité, la bague tournante étant portée par ladite première extrémité du soufflet et ladite seconde extrémité du soufflet étant portée fixement de maniere étanche par l'arbre. Suivant un autre mode de realisation, le soufflet est fixe en rotation, l'une de ses extrémités coopérant avec la paroi traversée par l'arbre par l'intermédiaire d'un joint annulaire, tandis que son autre extrémité coopère, par la bague fixe qu'elle porte, avec la bague tournante assujettie sur l'arbre. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il consiste à repousser hydrauliquement depuis l'in térieur un tube métallique contre une matrice présentant un profil complémentaire desdites parties extrêmes et de la partie intermédiaire déformable. On comprendra bien l'invention à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une coupe axiale d'une garniture d'étanchéité selon un mode de réalisation de l'invention ; Fig. 2 montre partiellement la garniture de la Fig. 1 dans sa position de montage ; et Figs. 3 et 4 sont des vues analogues à la Fig. 2 et relatives à deux variantes. On a représente sur les Figs. 2,3 et 4 un arbre tournant 1 qui traverse un support fixe 2. L'espace 3 intérieur au support 2 renferme un fluide de lubrification ou de fonctionnement qu'il faut étancher au passage de l'arbre 1 à travers le support 2. Selon l'invention, cette étanchéité est assuree par une garniture mécanique d'étanchéité qui, de façon connut, comporte une bague fixe 4, une bague tournante 6 en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe 4, cette garniture étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une partie intermédiaire déformable 16 constituée par un soufflet axial dont une première extrémité axiale porte fixement. et de manière étanche l'une desdites bagues fixe et tournante et dont la seconde extrémité axiale coopère avec des moyens assurant l'étanchéité avec respectivement l'arbre 1 ou la paroi du support 2, ledit soufflet 16 et lesdites deux ex trémités étant constitués par une pièce unique 9 d'un seul tenant. Dans le mode de réalisation des Figs. 1 et 2, la bague fixe 4 est solidaire du support 2 et en condition d'étanchéité par rapport à celui-ci grâce à un joint annulaire 5, et la bague 6 tourne avec l'arbre 1 et est en condition d'étanchéité par rapport à celui-ci, comme décrit ci-après. Les bagues 4 et 6 sont en contact axial forcé d'étanchéité par leurs faces radiales terminales 7 et 8. La bague tournante 6 est supportée par l'arbre 1 de manière à pouvoir, d'une part, tourner avec lui et, d'autre part, être susceptible de légers mouvements axiaux et radiaux par rapport à celui-ci pour rester constamment en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe 4 La bague tournante 6 est portée par l'arbre 1 par des moyens de montage qui sont constitués par la pièce métallique d'un seul tenant 9 qui comporte : une première partie extrême cylindrique 10 de fixation sur l'arbre, une seconde partie extrême cylindrique 11 de support et de réception de la bague tournante 6, d'une première partie à gorge 12 de réception d'un joint annulaire 13 d'étanchéité avec l'arbre 1, une seconde partie à gorge 14 de réception d'un joint annulaire 15 d'étanchéité avec la bague tournante 6, les parties à gorge 12, 14 étant adjacentes aux parties extrêmes 10, 11, et la partie intermédiaire déformable 16 en forme de soufflet reliant les parties à gorge 12, 14. La partie extrême 10 de montage sur l'arbre 1 présente un diamètre à peine supérieur au diamètre de l'arbre et elle est assujettie à celui-ci à l'aide d'une bague annulaire extérieure 17 et de vis radiales 18. La partie extrême 11 est d'un diamètre nettement supérieur au diamètre extérieur de la bague tournante 6 et elle retient celleci, dans le sens radial, par le joint annulaire 15 qri-est reçu dans une cavité 19 de la bague 6. La partie à gorge 12 est d'un diamètre supérieur à la partie extrême 10, de sorte que sa concavité est tournée vers l'arbre 1 ; la profondeur de la partie à gorge 12 est telle que le joint 13 soit comprimé et assure une bonne étanchéité.La partie à gorge 14 est constituée par la liaison entre la partie extrême 11 et un épaulement radial 20 de la pièce unique 9 qui est en appui contre la face radiale arrière de la bague 6 et sollicite axialement celle-ci contre la bague fixe 4. Le maintien axial du joint 15 est assuré par l'épau- lement 20 et par des parties 21 de la partie cylindrique 11 localement repoussées radialement vers l'intérieur. La partie intermédiaire déformable 16 en forme de soufflet relie les extrémités axialement voisines de la partie à gorge 12 et de l'épaulement 20 prolongeant la partie à gorge 14. Le soufflet est constitué par une pluralité d'ondulations 22, parallèles et par exemple inclinées sur l'axe commun 23 de l'arbre et de la garniture. L'extrémité 24 du soufflet voisine de la partie extrême 10 a, par exemple, le même diamètre que celle-ci, c' est-à-dire un diamètre sensiblement égal à celui de l'arbre 1, tandis que son extrémité 25 voisine de la partie extrême 11 présente un diamètré sensiblement supérieur à celui de l'arbre 1 de manière que, en fonctionnement, la bague tournante 6 puisse flotter radialement par rapport à la bague fixe 4 sans que la pièce de montage 9 vienne toucher l'arbre 1. La pièce unique de montage 9 est avantageusement constituée en acier inoxydable. Selon l'invention, cette pièce est obtenue par repoussage hydraulique depuis 11 intérieur d'un tube métallique cylindrique contre une matrice, ou contre une succession de matrices de forme évolutive, présentant un profil complémentaire de la pièce à obtenir, c' est-à-dire présentant un profil correspondant aux parties extrêmes 10,11, aux parties à gorge 12, 14, à l'épaulement 20, aux partias extrêmes 24, 25 du soufflet et aux ondulations 22. Dans le mode de réalisation de la Fig. 3, le soufflet 16 et ses extrémités sont également tournants , comme dans le mode de réalisation précedent, ce mode de réalisation différant de ce dernier par le mode de fixation des extré- mités du soufflet. L'extrémité du soufflet 16 qui porte la bague tournante 6 présente, comme précédemment, un épaulement 20 dirigé radialement vers l'extérieur et une partie cylindrique extrême 11. La partie extrême cylindrique 11 est assujettie à la bague tournante 6 par une frette 32.. Quant à l'autre extrémité du soufflet 16, elle est assujettie à la bague annulaire 17, elle-même fixe sur l'arbre 1 par les vis 18, par l'intermédiaire de sa partie cylindrique terminale 10 qui pénètre dans une gorge annùlaire 26 de la bague 17, dans laquelle elle est immobilisée par des vis 27. L'étanchéité à cette extrémité est assurée par un joint 28 en matière plastique, en graphite comprimé, en polytétrafluoroéthylène ou analogue, disposé entre l'arbre 1 et la partie correspondante de la pièce métallique. Alors que, dans les modes de réalisation des Figs. 1 à 3, le soufflet 16 et ses parties terminales tournaient avec l'arbre 1, dans le mode de réalisation de la Fig. 4, le soufflet et ses parties terminales sont fixes en rotation. Dans ce-mode de réalisation de la Fig. 4, la bague tournante 6 remplace la bague annulaire 17 des modes de réalisation précédents. La bague 6 est assujettie à l'arbre 1 par exemple par des vis 29, l'étanchéité avec l'arbre étant assurée par un joint approprié 30 disposé dans une gorge 31 prévue à la périphérie intérieure de la bague 6. L'extrémité du soufflet 16 qui est voisine du support 2 présente une partie cylindrique terminale 10 qui est en contact d'étanchéité avec ce support 2 par l'intermédiaire d'un joint annulaire 5. L'autre extrémité du soufflet 16 présente un épaulement radial 20 et une partie cylindrique 11 qui reçoivent la bague fixe 4 par collage. Bien entendu, les pièces métalliques des modes de réalisation des Figs. 3 et 4 sont obtenues par le procéda indiqué ci-dessus. I1 ressort de ce qui précède que la pièce de montage 9 est de structure et de fabrication extrêmement sim plues, et donc peu onéreuse. Au surplus, elle ne nécessite pas l'assemblage de pièces distinctes et le montage d'un ressort séparé. Bien entendu,l'invention n' est pas limitée au modes de réalisation qui ont été décrits ; on peut au contraire concevoir diverses variantes sans sortir pour autant de son cadre. C'est ainsi, par exemple, qu'on pourrait prévoir d'autres moyens pour la fixation ou le montage des ex tremités du soufflet et/ou combiner les divers modes de fixation décrits. REVENDICATIONS 1. Garniture mécanique d'étanchéité pour arbre tournant, comportant-une bague d'étanchéité fixe (4), une bague d'étanchéité tournante (6) en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe (4), caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre une partie intermédiaire déformable (16) constituée par un soufflet axial dont une pre mière extrémité axiale (20,11) porte fixement et de manière étanche l'une desdites bagues fixe (4) et tournante (6) et dont la seconde extrémité axiale (10) coopère avec des moyens (17,13,28 ; 5) assurant l'étanchéité avec respecti vcmcnt l'arbre (1) ou la paroi (2) traversée par l'arbre, ledit soufflet (16) et lesdites deux extrémités axiales (20,11 ; 10) étant constitués par une pièce unique (9) d'un seul tenant. 2. Garniture selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite première extrémité axiale (20,11) portant l'une des bagues (4,6) présente un épaulement radial (20) dirigé vers l'extérieur suivi d'une partie cylindrique (11), ladite bague étant logée et immobilisée dans la cavité ainsi réalisée. 3. Garniture selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite bague reçue par ladite première ex trémite axiale (20,11) est immobilisée de manière étanche par un joint annulaire (15), une frette (32) ou de la colle. 4. Garniture selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que ladite seconde extrémité axiale (10) assure l'étanchéité par un joint annulaire (13. ,28; 5) disposé entre ladite seconde extrémité axiale et, respectivement, le support (2) ou l'arbre (1). 5. Garniture selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la bague fixe (4) est portée par ledit support (2), par l'intermédiaire d'un joint annulaire d'étanchéité (5), la bague tournante (6) étant portee par ladite première extrémité axiale (20,11) du soufflet (16), et ladite seconde extrémité axiale (10) dl soufflet étant portée fixement et de manière étanche par l'ar bre (1). 6. Garniture selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ladite seconde extrémité axiale (10) du soufflet est immobilisée mécaniquement par une bague annulaire (17) assujettie à l'arbre (1), l'étanchéité étant realisée par un joint annulaire (13,28) disposé entre la pièce métallique et l'arbre (1). 7. Garniture selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la bague tournante (6) est portée fixement par l'arbre (1), et en contact d'étanchéité avec celui-ci par un joint annulaire (30), la bague fixe (4) étant portée par ladite première extrémité (20,11) de la piece (9) dont la seconde extrémité axiale (10) coopère de manière etanche avec le support (2) par l'intermédiaire d'un joint annulaire (5). 8. Procédé de fabrication de la garniture selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il consiste à repousser hydrauliquement depuis l'intérieur un tube métallique contre une matrice présentant un profil complémentaire desdites parties extrêmes (20,11,10) et de la partie intermediaire (16) de ladite pièce métallique de montage. 9. Procedé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la matrice est constituée par une succession de matrices à profil évolutif.