Brevet FR2598478A1 — publié le 19871113

La présente invention concerne un type de bague d'étanchéité à lèvre pour mouvement rotatif, à laquelle une douille de frottement tournante est intégrée Actuellement, il existe des bagues d'étanchéité répondant à cette définition, mais leurs formes et techniques sont très différentes . De plus, celles-ci sont étudiées et fabriquées pour des applications ponctuelles et particulières et ne possèdent pas les qualités d'un produit standard capable d'applications multiples Par conséquent, ces produits pratiquement inexistants en catalogue ne peuvent répondre à l'attente d'une grande majorité d'utilisateurs et représentent, en définitive, une part infime du marché de la bague d'étanchéité à lèvre pour mouvement rotatif Aussi, devant cette situation, les utilisateurs n'ont-ils d'autre choix que d'employer les bagues d'étanchéité à lèvre de type classique, c'est à dire sans douille de frottement intégrée Cela implique, en conséquence, soit de procéder au contact direct bague d'étanchéité à lèvre sur arbre tournant, soit d'utiliser des douilles de frottement intermédiaires bloquées mécaniquement sur l'arbre Le montage à contact direct, donc sans douille de frottement intermédiaire, est formellement déconseillé par tous les fabricants de bagues d'étanchéité à lèvre, sans exception .En effet, outre que la liaison directe exige une contraignante et couteuse mise en oeuvre de l'arbre dans son ensemble (choix d'un acier de cémentation ou nitruration, ébauche, cémentation ou nitruration de la portée de la bague d'étanchéité, traitement thermique, redressage, finition de l'usinage général, rectification en plongée de la portée de la bague d'étanchéité), elle entraine la formation rapide d' une gorge périphérique sur l'arbre, du fait d'un effet abrasif lié à un serrage important de la lèvre d'étanchéité à laquelle un ressort de bridage est incorporé .Or, cette détérioration périphérique a les plus graves conséquences lorsqu'il s'agit de remplacer une bague d'étanchéité défectueuse, étant donné que la lèvre d'une nouvelle bague ne doit, en aucune façon, coincider avec l'ancienne portée le montage utilisant une douille de frottement intermédiaire est, quant à lui, préconisé par tous les fabricants de bagues d'étanchéité à lèvre . Malheureusement, aucun type de douille de frottement spécifique n'existe actuellement sur le marché des composants industriels .Cette carence oblige, par conséquent, les utilisateurs soit à procéder encore au contact direct, malgré les conséquences que cela entraine en ma tière de coat de production et d'opération de rechange, soit à fabriquer eux-mêmes et au prix fort ces douilles de frottement, selon diverses techniques quant à la manière d'assurer leur blocage en rotation et en axial sur 11 arbre tournant (entretoisage bloqué mécaniquement, blocage par vis radiales, frettage à la presse ou à chaud La présente invention, appelée bague d'étanchéité à douille intégrée, s'attache à combler toutes les lacunes actuelles relatives à l'étanchéité dynamique en rotation, en proposant un dispositif compact, de faible encombrement, s'adaptant sur un arbre lisse exempt de toute mise en oeuvre couteuse (traitement thermique et rectification de grande qualité) et dont les qualités techniques qui le caractérisent sont de nature à en faire rapidement un produit standard répondant aux besoins et à l'attente des utilisateurs Cette bague d'étanchéité à douille intégrée est composée principalement de 3 éléments Le premier consiste en une douille de frottement de faible épaisseur, entrainée par l'arbre tournant grace au serrage d'un Joint torique le second élément est un flasque en tôle emboutie percé de trous permettant au lubrifiant de pénétrer à l'intérieur de la bague d'étanchéité . Le troisième élément est un boitier en tôle emboutie, doté de 2 surmoulages de caoutchouc . L'un, en partie extérieure, assure le blocage et l'étanchéité avec le logement de réception . L'autre, en partie intérieure, produit une lèvre d'étanchéité bridée par un ressort les 3 éléments sont assemblés par sertissage de l'extré- mité du boitier sur l'extérieur du flasque La demi-figure 1 représente la bague d'étanchéité à douille intégrée, montée en service avec la lèvre d'étanchéité orientée vers l'intérieur du milieu à protéger La demi-figure 2 représente la bague d'étanchéité à douille intégrée, montée en service avec la lèvre d'étanchéité orientée vers l'extérieur du milieu à protéger La figure 3 représente le montage en service d'une bague d'étanchéité à douille intégrée dans son sens d'orientation le plus courant La bague d'étanchéité à douille intégrée selon l'invention est composée de 3 éléments principaux : une douille de frottement (1), un flasque (2) et un boitier (3) La douille de frottement (1) est réalisée par emboutissa- ge d'une tôle ou tournage d'une barre d'acier . Elle subit un traitement thermique de surface ou à coeur de grande dureté, ainsi qu'un usinage de grande qualité, notamment au niveau de son diamètre extérieur L'entrainement errrotation de cette douille de frottement (1) par l'arbre tournant (a) s'effectue par la compression d'un joint torique (4) logé dans une gorge pratiquée sur 1' arbre .Cet entrainement peut tout aussi bien etre assuré par un surmoulage de caoutchouc, mais cette technique, qui entraine une surépaisseur diamètrale et un usinage de l'arbre très fin et sévèrement tolérancé, ne permet pas en outre de franchir certains usinages de meme diamètre, tels que : îile- tage, rainure de clavette, cannelures, gorge de circlips Par conséquent, la meilleure solution semble donc être apportée par un joint torique (4) de section réduite, lequel n' entraine que l'exécution d'une simple gorge et un usinage de l'arbre brut de tournage à une tolérance très large (jeu J). Ce joint torique (4), qui assure également l'étanchéité statique entre la douille de frottement (1) et l'arbre (a), est monté à vie et reste en place lors des opérations de remplacement de la bague d'étanchéité le flasque (2) est réalisé en une seule opération d'emboutissage et de poinçonnage de trous faciaux (11) .Ces derniers permettent, lorsque la bague d'étanchéité est montée selon la figure 1, la pénétration du lubrifiant à étancher Jusqu'à la lèvre (7) et, lorsque la bague d'étanchéité est montée selon la figure 2, de remplir de graisse l'intérieur du dispositif Le boitier (3) se compose d'une armature métallique en t- le emboutie et de 2 surmoulages de caoutchouc obtenus en une seule et même opération . L'un (6), en partie extérieure, assure le blocage et l'étanchéité statique avec le logement de réception et peut, selon l'application, produire également une lèvre anti-poussières (10) .L'autre (7), en partie intérieure, produit une lèvre d'étanchéité dotée d'un ressort de bridage (8) Des trous (5) exécutés en poinçonnage dans l'armature métallique du boitier (3) permettent, si nécessaire, d'obtenir un excellent ancrage de la lèvre d'étanchéité (7) L'extrémité de l'armature métallique du boitier (3) assure, par sertissage (9) de l'extérieur du flasque (2), l'assemblage monobloc des 3 éléments, avec la douille de frottement (1) axialement prisonnière entre le flasque (2) et l'armature du boitier (3) Il est à noter que la bague d'étanchéité à douille intégrée ainsi obtenue, peut assurer une fonction d'étanchéité -principale aussi bien dans le sens (S), que dans le sens opposé (S') . Il suffit de la monter avec la lèvre d'étanchéité (7) orientée vers l'intérieur ou vers l'extérieur du milieu à protéger (figures I et 2) . Tous les éléments qui la compose sont, par conséquent, rigoureusement les mêmes quel que soit le sens de montage Une ou plusieurs encoches (12) sans angle vif sont réalinées à l'extrémité de la douille de frottement (1), afin de faciliter l'évacuation de la graisse vers l'extérieur, lors de remplissages sous pression, dans le cas de montage de la figure 2 La douille de frottement (1) est, axialement, guidée entre le flasque (2) et l'armature métallique du boitier (3) et, radialement, maintenue de manière flottante par la lèvre d'étanchéité (7) .Ainsi, cette liberté radiale permet à la douille de frottement (1) d'absorber les excentrations et battements de l'arbre tournant (a), très aisément dans les limites généralement admises pour les bagues d'étanchéité à lèvre de type classique La bague d'étanchéité à douille intégrée selon l'invention présente une grande facilité de montage . Dans sa version la plus courante, l'emmanchement s'effectue d'abord sans effort jusqu'à la position de la figure 3 , grace à des jeux (J et J') adaptés .A ce sujet, il faut préciser que le jeu (J) peut être relativement important, dès l'instant où le diamètre de gorge (G) indiqué par le constructeur est respecté et assure une compression (C) du joint torique (4) suffisante pour bloquer la douille de frottement (1) sur l'arbre tournant Après ce pré-montage, qui assure un double guidage initial d'excellente qualité, l'emmanchement est poursuivi sous charge en utilisant une bride (d) ou un tube pour les montages hors extrémité Si le montage d'une bague d'étanchéité à lèvre de type classique s'effectue toujours avec la hantise de détériorer sa lèvre, ce risque est totalement inexistant lorsque l'on procède au montage d'une bague d'étanchéité à douille intégrée selon l'invention Dans le cas de montage de la figure 1 ,qui représente la grande majorité des applications, il est à remarquer que la lèvre anti-poussières (10) repose sur l'arbre tournant (a). Ceci n'engendre aucun inconvénient, même si l'arbre n'est pas traité, car une lèvre anti-poussière8 n'a pratiquement pas de serrage (environ 0,2 millimètre au rayon) et son rôle habituel est surtout celui d'une chicane protégeant la portée de la lèvre d'étanchéité et retenant la graisse placée au montage à l'intérieur de la bague d'étanchéité . Cette disposition offre, par contre, un avantage très important, celui d'isoler et protéger très efficacement non seulement la portée de la lèvre d'étanchéité (7), mais aussi la totalité de la douille de frottement (1) du milieu extérieur Dans le cas de montage de la figure 2, la graisse retenue à l'intérieur du dispositif par le flasque (2) assure une protection totale de la lèvre d'étanchéité (7) et sa portée sur la douille de frottement (1) .Ce qui n'est pas le cas pour une bague d'étanchéité à lèvre de type classique, qui ne bénéficie d'aucune protection systématique lorsque sa lèvre est orientée vers l'extérieur Dans les 2 cas de montage, la partie fonctionnelle du dispositif bénéficie, par conséquent, d'une excellente protection face à un milieu extérieur souvent hostile Des trous borgnes (13) situés dans l'armature métallique et le surmoulage du boitier (3) permettent d'effectuer le démontage de la bague d'étanchéité (figure 1) par extraction, avec des vis ordinaires après taraudage ou des vis autotaraudeuses Lorsque la bague d'étanchéité est montée selon la figure 2, ce sont les trous (11) pratiqués dans le flasque (2) qui permettent d'effectuer un démontage aisé Ces possibilités de démontage sont très intéressantes dans les cas d'implantation en logement fixe (carter de machine par exemple), car elles évitent les démontages destructifs qui sont, pratiquement toujours, réservés aux bagues d'étanchéité à lèvre de type classique . il est à noter également que la bague d'étanchéité à douille intégrée selon l'invention peut être démontée et remontée, dans ces conditions de facilité et de sécurité absolues, de façon quasiment illimitée, sans que cela puisse altirer ses qualités fonctionnelles . C'est un autre avantage très important par rapport à la bague d'étanchéité à lèvre de type classique, qu'il est déconseillé de démonter et remonter, meme après un court service, car un remontage même soigné ne peut replacer sa lèvre d'étanchéité à l'endroit exact de sa portée initiale marquée d'une usure périphérique. La présente invention définit une nouvelle génération de bagues pour l'étanchéité en rotation, lesquelles sont capables d'apporter une solution aux problèmes et carences de la technique actuelle REVENDICATIONS 1) Bague d'étanchéité à douille intégrée caractérisée en ce qu'elle comporte une douille de frottement (1) intermédiaire entre sa lèvre d'étanchéité (7) et l'arbre tournant (a) 2) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la douille de frottement (1) est entrainée en rotation par un joint torique (4) monté sur l'arbre tournant (a) ou un surmoulage interne de caoutchouc .Le joint torique (4) ou le surmoulage assure également l'étanchéité statique entre la douille de frottement (1) et l'arbre tournant (a) 3) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce que la douille de frottement (1) est axialement prisonnière entre l'armature métallique d'un boitier (3) et un flasque (2) percé de trous (11) permettant la pénétration du lubrifiant à étancher à j intérieur du dispositif 4) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble , caractérisée en ce que les 3 éléments principaux (1)(2)(3) qui la composent, forment un ensemble monobloc grace au sertissage (9) de l'extrémité de l'armature métallique du boitier (3) sur l'extérieur du flasque (2) 5) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble , caractérisée en ce que le boitier (3) comporte, extérieurement, un surmoulage (6) et une lèvre anti-poussières (10) et, intérieurement, une lèvre d'étanchéité (7) bridée par un ressort (8) . ~ 6) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisée en ce que la lèvre d'étanchéité (7) peut être ancrée solidement à l'armature métallique du boitier (s) grace à la communication des surmoulages intérieur et extérieur par des trous poinçonnés (5) 7) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble , caractéri sée en ce que le boitier (3) comporte des trous borgnes (13) permettant d'implanter des vis dans l'armature métallique et, ainsi, d'effectuer des démontages aisés et non destructifs 8) Bague d'étanchéité à douille intégrée selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisée en ce que la douille de frottement (1) est dotée à une extrémité de une ou plusieurs encoches (12) sans angle vif permettant à la graisse de s'évacuer vers l'extérieur, lors de remplissages sous pression, dans le cas de montage de la figure 2 9)Bague d'étanchéité à douille intégrée selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisée en ce que le dispositif selon l'invention dans sa forme générale, peut par retournement assurer une fonction d'étanchéité principale aussi bien monté dans le sens (S), que dans le sens (S')