Brevet FR2598769A1 — publié le 19871120

"Garniture d'étanchéité hydraulique ou pneumatique" La présente invention concerne une garniture d'étanchéité hydraulique ou pneumatique. Cette garniture d'étanchéité, à simple effet ou à double effet, assure notamment l'étanchéité dynamique autour d'un arbre mécanique animé d'un mouvement rotatif simple ou combiné avec un léger mouvement alternatif, et elle sépare deux enceintes dont l'une au moins est sous pression ; il peut s'agir d'enceintes dans lesquelles règnent des pressions différentes ou d'égale valeurs, exercées par des fluides identiques ou distincts : air, huile, eau, graisse, etc... L'invention vise, plus particulièrement encore, la réalisation d'une garniture résistant parfaitement à l'abrasion, et convenant plus spécialement à la réalisation de l'étanchéité entre deux milieux, dont l'un au moins est fortement agressif, soit sur le plan mécanique (abrasion), soit sur le plan chimique. Les dispositifs d'étanchéité existants, destinés aux mêmes applications, possèdent de façon générale un profil dissymétrique, qui est "ouvert" du côté de la pression. Leurs lèvres annulaires sont maintenues au contact des surfaces à étancher au moyen de ressorts, pouvant appartenir à divers types : ressorts à lamelles, ressorts spiraux. Toutes ces garnitures connues comportent des armatures, qui peuvent être réalisées dans des matériaux divers et avec des configurations variables : armatures constituées par un renfort toilé noyé, cages métalliques extérieures serties, cages métalliques noyées. Quel que soit le type de garniture connue utilisé, I'obtention d'une étanchéité à double effet nécessite l'emploi de deux garnitures distinctes, en raison du profil dissymétrique déjà mentionné plus haut. De plus, dans les garnitures classiques évoquées ci-dessus, les lèvres elles-mêmes, et les ressorts qui ont la charge de tenir les lèvres en contact avec la surface à étancher, perdent progressivement leur force. Ceci fait diminuer, au cours du temps, la qualité de l'étanchéité obtenue, jusqutau moment où, la qualité de l'étanchéité devenant trop faible, le joint doit être éliminé et remplacé, sans aucune possibilité de sauvegarde. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant une garniture permettant d'obtenir une étanchéité à simple ou double effet avec mise en oeuvre d'une seule garniture, cette garniture étant par ailleurs conçue de manière à posséder une durée de vie importante. A cet effet, la garniture d'étanchéité hydraulique ou pneumatique, objet de l'invention, possède un profil symétrique et comprend un corps principal, en matériau relativement souple, dont la partie centrale annulaire se prolonge symétriquement, d'une part, par deux lèvres opposées tournées vers l'intérieur ou l'extérieur, entre lesquelles est ménagée une première gorge annulaire recevant un anneau de contact et de support en matériau relativement dur, et d'autre part, par deux ailes s'étendant vers l'extérieur ou l'intérieur et se terminant par des bords repliés dirigés l'un vers l'autre, de manière à définir une seconde gorge annulaire dans laquelle est logée une bague formant entretoise, réalisée en un matériau très rigide, les deux lèvres du corps central et l'anneau étant prévus pour venir en contact avec la surface à étancher. La garniture objet de l'invention possède ainsi un profil parfaitement symétrique, lui permettant d'assurer à elle seule une étanchéité "simple effet" oti "double effet". Le profil du corps principal avec ses deux ailes, et avec la bague formant entretoise, rappelle le profil d'un pneumatique monté sur une jante, à ceci près que la jante serait soit extérieure, soit intérieure. Le contact de la garniture avec l'arbre ou le cylindre à étancher se fait non seulement par les deux lèvres opposées du corps central en matériau souple, mais encore par l'anneau de contact et de support, inséré entre ces deux lèvres, qui est réalisé dans un matériau dur choisi, de préférence, comme ayant une excellente résistance à l'abrasion et un coefficient de frottement le plus bas possible. L'invention sera maintenant précisée, en se référant à une version de cette garniture avec "jante extérieure", sans que ceci en limite la portée. De préférence, les deux lèvres du corps principal, ainsi que les parties intérieures, en forme d'arêtes circulaires, de l'anneau de contact et de support, ont des diamètres qui, lorsque la garniture est à l'état libre, sont inférieurs au diamètre de l'arbre à étancher. Cette différence de diamètres engendre, au montage de la garniture autour de l'arbre, une certaine déformation des lèvres et une extension de l'anneau, qui déterminent à l'origine des efforts de contact, de valeur limitée. Lorsque la garniture se trouve à l'état libre, il existe de préférence un espace libre annulaire entre la partie extérieure de l'anneau de contact et de support, d'une part, et le fond de la première gorge annulaire du corps central, d'autre part. Cet espace libre autorise l'extension de I'anneau, au montage de la garniture, pour son adaptation au diamètre de l'arbre. La bague formant entretoise est réalisée en métal ou en un autre matériau, capable de supporter des efforts de compression mécaniques importants. Selon une forme de réalisation de l'invention, cette bague entretoise présente une section en "T", sa partie la plus étroite étant ajustée entre les bords repliés des deux ailes du corps central, tandis que sa partie la plus large reste à distance des flancs de la seconde gorge annulaire du corps centrai, lorsque la garniture est à l'état libre. Lorsque la garniture est montée, les flancs de la seconde gorge annulaire viennent, au contraire, au contact de la bague entretoise. La bague entretoise ferme alors un volume annulaire, délimité par les parois de la seconde gorge annulaire du corps central et par cette bague. Le volume en question peut être rempli d'un fluide sous pression, et notamment d'un gaz, dont la pression s'exerce sur le corps principal et tend à déformer les zones de rattachement des deux ailes à la partie centrale, et à déformer en conséquence les deux lèvres, en direction de l'axe de la garniture. Le volume considéré est ainsi "gonflé" à l'aide d'un fluide liquide ou gazeux dont la pression provoque indirectement un basculement des deux lèvres de la garniture, ce qui augmente l'effort de contact sur l'arbre à étancher. Pour obtenir plus de souplesse, on utilise ici de préférence un fluide gazeux. Avantageusement, la bague entretoise est percée d'au moins un trou permettant d'alimenter le volume annulaire précité en fluide sous pression, et de faire varier la pression de ce fluide notamment après une certaine durée d'utilisation de la garniture. En modulant ainsi la pression dans le volurne considéré, on peut donc adapter la garniture objet de l'invention aux conditions exigées par les différentes appiications, et il devient aussi possible, dans le cas d'une application déterminée, de provoquer, par un accroissement de la pression, un basculement et une déformation supplémentaires des lèvres, permettant de compenser i'usure et la perte de matière des lèvres, et de maintenir un effort de contact de valeur suffisante, malgré cette usure inévitable après un certain temps d'utilisation. La durée de vie de la garniture peut ainsi être prolongée dans des proportions très importantes. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen tant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette garniture d'étanchéité hydraulique ou pneumatique Figure 1 est une- demi-vue en coupe, passant par l'axe d'une garniture d'étanchéité conforme à l'invention, représentée à l'état libre ; Figure 2 est une demi-vue en coupe de la même garniture, représentée en position montée et assurant l'étanchéité autour d'un arbre. Le dessin montre plus particulièrement le profil d'une garniture d'étanchéité hydraulique ou pneumatique, à simple ou double effet, dont l'axe général est indiqué en 1. Cette garniture d'étanchéité est constituée par l'assemblage de trois éléments distincts, de forme annulaire, à savoir un corps principal annulaire 2, un anneau de contact et de support 3, et une bague formant entretoise 4, ces trois éléments étant disposés suivant le même axe 1. Chaque section de la garniture, donc chaque élément 2,3,4 de celle-ci, est symétrique par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe 1. Le corps principal 2 est réalise en un matériau relativement souple, tel que : caoutchouc, polyuréthane ou élastomère de faible dureté Shore, telle que 50 à 95" Shore A environ. Ce corps principal 2 comporte une partie centrale annulaire 5, se prolongeant symétriquement par deux lèvres opposées 6 tournées vers l'intérieur, et par deux ailes 7 qui s'étendent vers l'extérieur. Une première gorge annulaire 8 est délimitée par la face interne de la partie centrale 5 et par les deux lèvres 6. Une seconde gorge annulaire 9 est délimitée par la face externe de la partie centrale 5 et par les deux ailes 7. Lorsque la garniture se trouve à l'état libre, comme montré à la figure 1, les deux lèvres 6, qui s'étendent en direction oblique en s'écartant l'une de l'autre, ont un diamètre intérieur minimum d qui est plus faible que le diamètre nominal D de l'arbre à étancher (arbre indiqué en 10 sur la figure 2). L'anneau de contact et de support 3 est logé dans la premiere gorge annulaire 8, entre les deux lèvres 6. Cet anneau 3 est exécuté en matériau dur, choisi comme ayant une excellente résistance à l'abrasion et un coefficient de frottement le plus faible possible ; le matériau de l'anneau 3 est, par exemple : du bronze ou du laiton à haute résistance, du polytétrafluoroéthylène chargé ou non, du polyamide chargé, ou d'autres élastomères ayant des coefficients de frottement excellents. L'anneau de contact et de support 3 possède ici une section de forme générale rectangulaire, sa face intérieure étant pourvue de plusieurs arêtes circulaires 11 destinées à venir en contact avec l'arbre 10. Lorsque la garniture d'étanchéité se trouve à l'état libre, non montée, toutes les arêtes circulaires Il de l'anneau 3 sont d'un diamètre d' plus faible que le diamètre D de l'arbre 10 (voir figure 1). En considérant toujours la garniture à l'état libre, on note encore la présence d'un espace vide annulaire 12 entre la face extérieure de l'anneau de contact et de support 3, d'une part, et le fond de la gorge annulaire 8, d'autre part. Les deux ailes 7 du corps principal 2 possèdent des parties situées dans des plans perpendiculaires à l'axe 1, qui se terminent par des bords annulaires repliés 13, dirigés l'un vers l'autre. Chaque aile 7 se rattache à la partie centrale 5 par une zone de profil incurvé, à concavité tournée vers l'extérieur. La bague formant entretoise 4 est réalisée par une pièce rigide, métallique ou autre, capable de supporter des efforts de compression mécaniques importants. Cette bague 4, présentant une section en "T", est logée dans la seconde gorge annulaire 9, entre les deux ailes 7, la partie étroite de la bague 4 étant insérée entre les bords respectifs 13 de ces ailes 7. Lorsque la garniture est à l'état libre (voir figure 1), la bague entretoise 4 reste éloignée non seulement du fond de la gorge annulaire 9, mais encore des flancs 14 de cette gorge 9. Par contre, la bague 4 est ajustée au contact des lignes circulaires formées par les bords repliés 13 des ailes 7. La bague entretoise 4 est percée radialement d'un ou de plusieurs trous 15, permettant d'alimenter en fluide un volume annulaire 16 situé entre cette bague 4 et le corps principal 2. Comme illustré par la figure 2, la garniture d'étanchéité précédemment décrite est prévue pour être montée autour d'un arbre 10, à l'intérieur d'une gorge annulaire 17 ménagée dans une pièce mécanique principale 18, telle qu'un guide, et fermée par un couvercle ou une autre pièce complémentaire 19. Lorsque la garniture est installée autour de l'arbre 10, les deux lèvres 6 du corps principal 2 se déforment d'abord par diminution de l'inclinaison sur l'axe 1, pour s'adapter au diamètre D de l'arbre 10. I1 en est de même pour l'anneau de contact et de support 3, dont le diamètre augmente et qui vient remplir le fond de la gorge annulaire 8, faisant ainsi diminuer ou disparaître l'espace vide 12. Suivant la différence existant initialement entre les diamètres d et d', d'une part, et le diamètre D de l'arbre 10, d'autre part, le serrage sera plus ou moins important. Lorsque la garniture a été introduite dans la gorge 17, le couvercle 19 est mis en place pour fermer cette gorge 17, ce qui comprime la garniture dans la direction de l'axe I, comme indiqué par des flèches 20 symbolisant les efforts de compression. Les bords 13 des ailes 7 sont alors appliqués plus fortement sur la bague entretoise 4, et les flancs 14 des ailes 7 viennent au contact de la partie large de cette bague entretoise 4, comme montré à la figure 2. Dans la pièce 18 est percé un canal 21, permettant d'alimenter le volume 16 de la garniture, au travers du ou des trous 15, avec un fluide pouvant être de nature diverse, liquide ou gazeuse, et sous une pression variable. Sous l'effet de ce fluide, des efforts de poussée 22 s'exercent sur le fond de la gorge annulaire 9. Comme la partie centrale 5 du corps principal 2 s'appuie sur une partie dure, à savoir l'anneau de contact et de support 3, le matériau du corps 2 ne peut se déformer en direction de l'axe 1 ; par conséquent ce sont les parties des deux ailes 7, situées le plus près de la partie centrale 5, qui vont être déformées, en "basculant" suivant les flèches 23, entraînant de ce fait les deux lèvres 6 dans un mouvement suivant les flèches 24, c'est-à-dire en direction de l'axe 1.Cette action sur les lèvres 6 augmente l'effort de contact de ces dernières sur la surface de l'arbre 10. Parallèlement, la pression s'exerçant sur la partie centrale 5 du corps principal 2 augmente aussi l'effort de contact 25 des arêtes Il de l'anneau 3 sur la surface de l'arbre 10, par poussée directe. En modulant la pression du fluide admis dans le volume 16, on peut adapter la garniture aux conditions particulières exigées par chaque application. En augmentant cette pression, après une certaine durée d'utilisation, il sera en outre possible de compenser l'usure des deux lèvres 6 du corps principal 2 et des différentes arêtes Il de l'anneau de contact et de support 3, ce qui prolongera la durée de vie de la garniture dans des proportions très importantes, en ce qui concerne l'étanchéité dynamique. Par ailleurs, les efforts 20, créés par la compression axiale de la garniture dans la gorge 17, sont et restent suffisamment importants pour maintenir l'étanchéité statique sur cette gorge 17, entre les pièces 18 et 19. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette garniture d'étanchéité qui a été décrite ci-dessus, å titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas de l'esprit de l'invention par des changements concernant les détails de formes et les matériaux des trois éléments de la garniture, du moment que les fonctions assurées restent les mêmes. II est à noter aussi que toutes les caractéristiques décrites précédemment sont transposables à une garniture avec "jante intérieure", assurant l'étanchéité sur la paroi d'un cylindre au lieu d'un arbre. REVENDICATIONS I. Garniture d'étanchéité hydraulique ou pneumatique, à simple effet ou à double effet, assurant notamment l'étanchéité dynamique autour d'un arbre mécanique (10) animé d'un mouvement rotatif simple ou combiné avec un mouvement alterriatif, et séparant deux enceintes dont l'une au moins est sous pression, caractérisée en ce qu'elle possède un profil symétrique et comprend un corps principal (2), en matériau relativement souple, dont la partie centrale annulaire (5) se prolonge symétriquement, d'une part, par deux lèvres opposées (6) tournées vers l'intérieur ou l'extérieur, entre lesquelles est ménagée une première gorge annulaire (8) recevant un anneau de contact et de support (3) en matériau relativement dur, et d'autre part, par deux ailes (7) s'étendant vers l'extérieur ou l'intérieur et se terminant par des bords annulaires repliés (13) dirigés l'un vers l'autre, de manière à définir une seconde gorge annulaire (9) dans laquelle est logée une bague formant entretoise (4), réalisée en un matériau très rigide, les deux lèvres (6) du corps central (2) et l'anneau (3) étant prévus pour venir en contact avec la surface à étancher. 2. Garniture d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux lèvres (6) du corps principal (2), ainsi que les parties intérieures, en forme d'arêtes circulaires (Il), de l'anneau de contact et de support (3), ont des diamètres (d, d') qui, lorsque la garniture est à l'état libre, sont inférieurs au diamètre (D) de l'arbre (10) à étancher. 3. Garniture d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à l'état libre, il existe un espace vide annulaire (12) entre la partie extérieure de l'anneau de contact et de support (3), d'une part, et le fond de la première gorge annulaire (8) du corps central (2), d'autre part. 4. Garniture d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la bague formant entretoise (4) présente une section en "T", sa partie la plus étroite étant ajustée entre les bords repliés (13) des deux ailes (7) du corps central (2), tandis que sa partie la plus large reste à distance des flancs (14) de la seconde gorge annulaire (9) du corps central (2), lorsque la garniture est à l'état libre. 5. Garniture d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi de la seconde gorge annulaire (9) du corps central (2) délimite, avec la bague entretoise (4), un volume annulaire (16) apte à être rempli d'un fluide sous pression, et notamment d'un gaz, dont la pression s'exerce sur le corps principal (2) et tend à déformer (flèches 23) les zones de rattachement des deux ailes (7) à la partie centrale (5), et à déformer en conséquence (flèches 24) les deux lèvres (6), en direction de l'axe (I) de la garniture. 6. Garniture d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisée en ce que la bague entretoise (4) est percée d'au moins un trou (15) permettant d'alimenter le volume annulaire précité (16) en fluide sous pression, et de faire varier la pression de ce fluide notamment après une certaine durée d'utilisation de la garniture.