Brevet FR2616191A1 — publié le 19881209

La présente invention concerne un dispositif capable de former un joint rotatif étanche à soufflet. Les joints d'étanchéité à soufflet sont utilisés de façon classique dans diverses formes de joint rotatif, par exemple lorsqu'un arbre rotatif traverse un élément fixe tel que la paroi d'un bottier. Une interface étanche est formée entre un organe d'étanchéité porté par le soufflet qui est fixé à l'arbre rotatif ou à la partie fixe, et une face de contact d'étanchéité portée par un organe de support fixé à la partie fixe ou à l'arbre rotatif respec- tivement. Habituellement, l'organe d'étanchéité porté par le soufflet est un élément annulaire rapporté d'étanchéité fixé au soufflet et placé au contact d'une face d'étan- chéité de plus grande étendue radiale, portée par l'autre organe de support. Suivant les dimensions du soufflet et les dimensions radiales de l'interface d'étanchéité, la force d'étanchéité appliquée à l'interface peut être prati- quement en équilibre avec la pression interne ou externe appliquée au soufflet, mais non avec les deux pressions. En fait, il faut utiliser un compromis entre ces équilibrages. Dans ce contexte, l!'équilibrage est le degré d'indépendance de la force mécanique appliquée à l'interface d'étanchéité par le soufflet par rapport à la pression interne ou ex- terne de travail. On connait d'autres formes de joint rotatif qui assurent un double équilibrage, c'est-à-dire un équilibrage par rapport aux pressions interne et externe à la fois, ou plus précisément qui donnent un tel équilibrage suivant un degré ou une proportion prédéterminé. Un exemple de tels joints rotatifs est représenté sur la figure 1 des dessins annexés qui représente un joint du type à poussée. Sur la figure 1, un organe 2 formant une face d'étanchéité est fixé à un arbre 4 afin qu'il tourne avec lui. Un élément rapporté annulaire fixe 6 d'étanchéité est au contact de la face 3 d'étanchéité de l'organe 2 afin qu'une interface d'étanchéité soit obtenue entre les dia- mètres A et D. L'élément rapporté d'étanchéité est porté par un ensemble fixe 8 qui est divisé en deux parties 10 et 12. La partie interne 10 porte directement l'élément rap- porté 6. La partie externe 12 est fixée à une structure de support, non représentée, d'une manière telle que, à droite de l'ensemble, sur la figure, il existe une pression in- terne P1 transmise au côté interne de l'interface d'étan- chéité tourné vers l'arbre, et, à gauche, il existe une pression externe P2 agissant du côté externe de l'interface d'étanchéité. Les deux parties 10 et 12 délimitent entre elles une chambre annulaire 14 dans laquelle un joint torique 16 assure l'étanchéité entre les deux parties. Les parties délimitent ainsi des passages 18 et 20 respective- ment grâce auxquels les pressions P1 et P2 ont accès au joint torique 16 et sont séparées de manière étanche l'une de l'autre. Le joint torique agit entre les diamètres d'interface d'étanchéité B et C. Dans le cas de la pression interne Pl, l'interface d'étanchéité est équilibrée entre le diamètre D et le diamètre B; dans le cas de la pression externe P2, l'in- terface d'étanchéité est équilibrée entre le diamètre A et le diamètre C. Par exemple, dans le cas de ce qu'on connaît sous le nom de joint doublement équilibré 70/30, les surfaces respectives d'étanchéité entre A et B d'une part et C et D d'autre part sont chacune égale à 30 % de la surface totale. Dans un joint à soufflet tel que décrit rapidement ci-dessus, il n'a pas été possible, autant qu'on puisse le savoir, de réaliser un joint doublement équilibré dans lequel les rapports d'équilibrage peuvent être choisis par le réaiisateur. On décrit dans la suite un joint d'étan- chéité à soufflets selon l'invention qui est doublement équilibré. Plus précisément, le joint à soufflets met en oeuvre deux soufflets et un dispositif d'accouplement, et le joint décrit peut avoir des dimensions telles qu'il forme un joint doublement équilibré, ayant n'importe quel rapport d'équilibrage des pressions appliquées à l'inté- rieur et à l'extérieur. Ainsi, l'invention concerne un joint d'étanchéité à soufflets destiné à un joint rotatif, comprenant: un organe ayant une face d'étanchéité, un élément rapporté coopérant formant une face d'étanchéité, délimi- tant une interface d'étanchéité entre des diamètres externe et interne, et un ensemble à joint à soufflets supportant l'élément rapporté formant la face d'étanchéité, caractérisé en ce que l'ensemble à joint à soufflets comporte un premier et un second soufflet ayant des dia- mètres efficaces différents et montés en série par un organe d'accouplement, l'organe d'accouplement a des parties respectives disposées longitudinalement par rapport à chaque soufflet et destinées à recouvrir le soufflet respectif afin qu'il soit rendu inactif, et les caractéristiques de sensibilité à la pression des soufflets sont telles qu'une pression externe ou in- terne en excès déplace l'une ou l'autre des' parties de recouvrement de l'organe d'accouplement afin que le souf- flet associé soit recouvert si bien que le diamètre effi- cace de l'autre soufflet détermine le diamètre d'équili- brage à l'interface d'étanchéité. De préférence, le premier et le second soufflet sont recouverts afin qu'ils soient rendus inactifs lorsque la pression externe ou interne respectivement est excessive. Le soufflet ayant le plus grand diamètre efficace peut être sensible à une pression interne ou externe en excès. Il est sensible de manière qu'il déplace l'organe d'accouplement dans un premier sens ou dans l'autre et provoque le recou- vrement de l'un ou l'autre des premier et second soufflets qui est alors rendu inactif. pans un dispositif préféré, une extrémité de l'un des premier et second soufflets qui est distante de l'organe d'accouplement est fixée à un organe de support ayant une surface destinée à coopérer avec la partie de recouvrement associée au premier souf- flet, et une extrémité de l'autre soufflet distante de l'organe d'accouplement est destinée à supporter l'organe formant une face d'étanchéité et à supporter une surface destinée à coopérer avec la partie de recouvrement associée à l'autre soufflet. L'invention concerne aussi un joint rotatif à souf- flets doublement équilibré, comprenant: un organe annulaire formant une face d'étanchéité, un élément rapporté annulaire formant une face d'étanchéité, constituant une interface d'étanchéité avec l'organe annulaire formant une face d'étanchéité, et carac- térisé en ce que un premier et un second soufflet de diamètres effi- caces relativement grand et relativement petit, disposés en série, le premier et le second soufflet étant disposés afin qu'ils soient sensibles à la même pression à l'extérieur et à la même pression à l'intérieur, un dispositif d'accouplement du premier et du second soufflet afin qu'ils travaillent en série, des dispositifs de butée placés à la première et à l'autre extrémité de l'ensemble à soufflets et destinés à coopérer avec le dispositif d'accouplement lors du déplace- ment de celui-ci, le dispositif d'accouplement coopérant avec un dis- positif de butée pour la limitation de la compression du premier soufflet sous l'action d'une pression externe ap- pliquée, si bien que l'interface d'étanchéité est équili- brée par rapport à la pression externe dans la partie de surface de l'interface d'étanchéité comprise entre le dia- mètre externe de celle-ci et le plus petit diamètre effi- cace du second soufflet, et le dispositif d'accouplement coopérant avec l'autre dispositif de butée pour la limitation de l'allongement du premier soufflet sous l'action d'une pression interne ap- pliquée si bien que l'interface d'étanchéité est équilibrée au niveau de la face d'étanchéité, entre le diamètre in- terne de celle-ci et le plus grand diamètre efficace. D'autres caractéristiques et avantages d'un joint d'étanchéité à soufflets doublement équilibré selon l'in- 261619, vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1, déjà décrite, représente un joint d'étanchéité du type à poussée et doublement équilibré de la technique antérieure; et la figure 2 représente un joint d'étanchéité à souf- flets doublement équilibré selon l'invention. - On se réfère à la figure 2; un arbre 30 traverse un boîtier 32 ayant une ouverture 34 pour le logement d'un ensemble 50 à joint à soufflets fixé à une bride annulaire 36 boulonnée sur le boîtier. Un organe 38 formant une face d'étanchéité est supporté sur l'arbre 30 par un organe 40 de support fixé à l'arbre de manière classique. L'ensemble à joint à soufflets supporte un organe annulaire 52 qui porte lui-même un élément rapporté annulaire 54 formant une face d'étanchéité qui coopère avec l'organe 38 formant une face d'étanchéité afin que l'interface d'étanchéité néces- saire soit formée. L'interface d'étanchéité est soumise à une pression interne Pl à l'intérieur de l'ensemble à soufflets et à une pression externe P2 à l'extérieur de cet ensemble. L'ensemble à soufflets comporte deux soufflets 56 et 58 montés en série et reliés par un organe 60 d'accouple- ment. Le soufflet 56 est fixé, à son extrémité arrière (à gauche sur la figure), à la bride 36. Le soufflet 58 porte l'organe 52 de support de l'élément rapporté du joint. L'organe d'accouplement 60 est annulaire et est disposé entre l'extrémité avant du soufflet 56 et l'extrémité ar- rière du, soufflet 58. L'organe 60 d'accouplement a des parties 62 et 64 qui dépassent vers l'arrière et vers l'avant respectivement et qui peuvent coopérer avec des surfaces de butée 66 et 68. La surface 66 est formée sur la bride 36, et la surface 68 est une surface radiale faisant partie de l'organe de support 52. Plus précisément, les parties 62 et 64 peuvent être cylindriques et ont des ouvertures 63 et 65 respectivement assurant -l'accès des pressions Pl et P2 respectivement aux soufflets. On note que la pression P1 agit à l'intérieur des deux soufflets 56 et 58 et que la pression P2 agit à l'extérieur des deux soufflets. Les deux prolongements 62 et 64 sont disposés suivant la longueur des soufflets 56 et 58 respectivement et, lors du contact de l'un ou l'autre avec la surface 66 ou 68, la partie concernée recouvre le soufflet associé et le rend inactif pour l'application d'une force mécanique à l'interface d'étanchéité par ce soufflet. - Avant la description du fonctionnement de l'ensemble à soufflets, il faut noter certains paramètres relatifs aux dimensions, avec la même notation que dans la description de la figure 1. L'interface d'étanchéité est formée entre un diamètre externe A et un diamètre interne D. Le soufflet 56 a un diamètre efficace B. Le soufflet 58 a un diamètre efficace C qui est inférieur au diamètre B, et les dia- mètres B et C sont tous deux compris entre les diamètres A et B dans le mode de réalisation représenté mais l'un d'eux ou les deux peuvent être aussi en dehors de cette gamme de diamètres. Le diamètre efficace d'un soufflet est celui auquel la pression du fluide agissant sur le soufflet peut être considérée comme active. L'espace 70 compris entre le bord arrière de la saillie 62 et la surface 66 de la bride est minimal, c'est-à-dire que les deux surfaces sont norma- lement juste en contact. L'espace 72 compris entre le bord avant de la saillie 64 et la surface 68 est faible mais distinct et nécessite un petit allongement du soufflet 56 pour leur contact. Dans tous les cas, l'espace 70 est inférieur à l'espace 72. Le fonctionnement du joint à deux soufflets est le suivant. Lorsqu'une pression externe P2 est appliquée, elle agit au niveau du diamètre B du soufflet 56 et du diamètre C du soufflet 58 et a donc tendance à comprimer le soufflet 56 et à repousser le bord arrière de la saillie 62 contre la surface 66 de la bride si bien que le soufflet 56 est recouvert par la saillie et ne peut pas s'affaisser de manière plus importante sous l'action de la pression si bien que la face d'étanchéité est déchargée. La pression externe P2 agit jusqu'au diamètre efficace C du soufflet 58 et le joint est équilibré par rapport à ce diamètre pour la pression externe comme dans le cas du joint de la figure 1.. Si une pression interne Pl agit, le soufflet 56 s'allonge de la même manière que décrit précédemment afin que l'es- pace 72 soit formé, et le soufflet 58 ne peut pas s'affais- ser et en conséquence les faces ont tendance à s'écarter après avoir été recouvertes par la saillie 64. Le soufflet 56 détermine un diamètre d'équilibrage B à l'interface d'étanchéité, pour la pression interne, comme dans le cas du joint d'étanchéité de la figure 1. On note que, par sélection des diamètres efficaces B et C des soufflets 56 et 58, un joint doublement équilibré peut être réalisé avec un rapport 70/30 ou avec toute autre combinaison de rapport d'équilibrage qui peut être voulue. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité à soufflets destiné à un joint rotatif, du type qui comprend: un organe (38) ayant une face d'étanchéité, un élé- ment rapporté coopérant (54) formant une face d'étanchéité, les faces d'étanchéité formant une interface d'étanchéité entre des diamètres externe et interne (B, C), et un en- semble (50) à joint à soufflets supportant l'élément rap- porté, caractérisé en ce que l'ensemble à joint à soufflets comprend un premier et un second soufflet (56, 58) ayant des diamètres efficaces différents et raccordés en série par un organe d'accouplement (60), l'organe d'accouplement (60) comprend des parties respectives (62, 64) disposées suivant la longueur de chaque soufflet (56, 58) et destinées à recouvrir le souf- flet respectif afin qu'il soit rendu inactif, et les caractéristiques de sensibilité à la pression des soufflets (56, 58) sont telles qu'une pression externe ou interne excessive (P2, Pl) déplace l'une ou l'autre des parties de recouvrement (62, 64) de l'organe d'accouplement (60) afin que le soufflet associé (56, 58) soit recouvert si bien que le diamètre efficace de l'autre soufflet (58, 56) détermine le diamètre d'équilibrage à l'interface d'étanchéité. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ou le second soufflet (56, 58) est recouvert afin qu'il soit rendu inactif lorsque la pression externe (P2) ou interne (Pl) est excessive. 3. Joint selon l'une des revendications I et 2, dans lequel le soufflet (56) ayant le plus grand diamètre effi- cace est commandé par une pression interne ou externe ex- cessive (Pl, P2) afin qu'il déplace l'organe d'accouplement (60) dans un premier sens ou dans l'autre et que l'un ou l'autre soufflet (56, 58) soit recouvert et rendu inactif. 4. Ensemble à joint d'étanchéité comprenant un joint - d'étanchéité à soufflets (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité d'un premier soufflet (56) distante de l'organe d'accouple- ment (60) est- fixée à un organe de support (36) ayant une surface (66) destinée à être au contact de la partie de recouvrement (62) associée au premier soufflet (56) et l'extrémité de l'autre soufflet (58) distante de l'organe d'accouplement (60) est destinée à supporter l'organe (38) formant une face d'étanchéité et a une surface (68) desti- née à être au contact de la partie de recouvrement (64) associée à l'autre soufflet (58). 5. Joint rotatif d'étanchéité à soufflets doublement équilibré, du type qui comprend: un organe annulaire (38) formant une face d'étan- chéité, et un élément rapporté annulaire (54) formant une face d'étanchéité, constituant une interface d'étanchéité avec l'organe annulaire (38) ayant une face d'étanchéité, caractérisé par un premier et un second soufflet (56, 58) ayant un diamètre efficace relativement grand et relativement petit (B, C) respectivement, montés en série, le premier et le second soufflet (56, 58) étant sensibles à la même pression (P2) régnant à l'extérieur et à la même pression (Pl) régnant à l'intérieur, un dispositif (60) d'accouplement du premier et du second soufflet (56, 58) afin qu'ils travaillent en série, et des dispositifs de butée (66, 68) placés à l'une et l'autre extrémité de l'ensemble à soufflets (50) et desti- nés à être au contact du dispositif d'accouplement (60) lorsque celui-ci se déplace, le dispositif d'accouplement (60) coopérant avec un premier dispositif de butée (66) afin qu'il limite la compression du premier soufflet (56) sous l'action d'une pression externe appliquée (P2), si bien que l'interface d'étanchéité est équilibrée pour la pression externe (P2) sur la partie de surface d'interface d'étanchéité comprise entre le diamètre externe de l'interface et le diamètre efficace relativement petit (C) du second soufflet (58), et le dispositif d'accouplement (60) coopérant avec l'autre dispositif de butée (68) afin qu'il limite l'allon- gement du premier soufflet (56) lorsqu'une pression interne (Pl) est appliquée, si bien que l'interface d'étanchéité est équilibrée à la surface de la face d'étanchéité com- prise entre le diamètre interne (D) de l'interface et le diamètre efficace relativement grand (B).