Brevet FR2627562A1 — publié le 19890825

L'invention concerne un dispositif d'étanchéité pour fermer le joint entre une bague de palier (notam- ment de roulement) et un tourillon ou bout d'arbre, en particulier, un tourillon de croisillon de joint de car- dan, comprenant une première garniture ou garniture de joint principal qui est disposée dans l'intervalle annu- laire entre la surface externe du tourillon ou bout d'ar- bre et la surface interne de la bague de palier; et qui est fixée par l'intermédiaire d'un support dont un pro- longement fait saillie dans une gorge annulaire ménagée dans la surface interne de la bague de palier, et une deuxième garniture, ou garniture d'avant-joint, qui pré- sente, d'une part, une lèvre d'étanchéité en appui con- tre la surface frontale de la bague de palier, ou contre une région extérieure adjacente, qui fait suite à cette surface, et, d'autre part, forme un joint étanche sur le tourillon par l'intermédiaire d'une autre lèvre d'étan- chéité ou surface d'étanchéité, et qui est maintenue pré-montée. Un tel dispositif d'étanchéité est déjà connu, par exemple, du fait du modèle d'utilité de la R.F.A. G 82 13 146.5 et du brevet de la R.F.A. 2 908 713. Un in- convénient de ce dispositif consiste en ce que, lors- qu'aucune influence négative ne doit s'exercer sur le dispositif d'étanchéité dans l'état monté, la garniture d'avant-joint n'est retenue entre les dents de retenue et le support en tôle que par une faible force de frotte- ment. Si l'on choisit une grande précontrainte pour les dents de retenue, afin d'engendrer une force de frotte- ment correspondante, il peut se produire un soulèvement de la lèvre d'étanchéité sur la bague de palier. Etant donné que, pour atteindre une fixation sare, il est né- cessaire de prévoir un grand nombre de dents qui sont en appui sur le support en tôle avec précontrainte, on doit obligatoirement prévoir un grand nombre de fentes étroi- tes. Ces fentes représentent des points d'étranglement pour la lubrification de la bague de palier. Il se pro- duit une accumulation de pression d'autant plus élevée qui est elle aussi un inconvénient en ce qui concerne l'effet d'étanchéité de la garniture d'avant-joint. Finalement, on connait, par le DE-A 2 144 172 un dispositif d'étanchéité comprenant une garniture de joint principal et une garniture d'avantjoint et dans lequel la garniture d'avant-joint s'accroche derrière un bord de la bague de palier, lequel est ici un. roulement, qui est roulé vers l'intérieur. Ce type de dispositif d'étanchéité ne peut être choisi que dans le cas de ba- gues en tôle puisque les bagues massives ne peuvent pas être bordées. Un autre inconvénient consiste dans le fait que les forces axiales exercées sur la garniture d'étanchéité et qui est issue des aiguilles du roulement lors du déplacement du joint doivent obligatoirement être absorbées par cette seule garniture. Face à cet état de fait, le but de l'invention consiste à créer un dispositif d'étanchéité qui soit ap- proprié en particulier pour être utilisé en combinaison avec des bagues massives mais aussi avec des bagues en tôle pour joints de cardan, dans lequel la garniture de joint principal soit déchargée des forces axiales qui ré- sultent du déplacement des aiguilles du roulement le long de l'axe du tourillon et dans lequel, en outre, la garniture d'avant-joint soit maintenue dans l'état pré- monté par rapport à la garniture de joint principal et à la bague du palier de manière à éliminer les influences négatives sur le montage et le fonctionnement de la gar- niture de croisillon dans l'état monté du joint et à as- surer une libre mobilité de la garniture d'avant-joint en rotation par rapport à la garniture de joint princi- pal. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le support est muni, dans le prolongement de sa région de corps, de prolongements et d'interruptions qui s'étendent sur sa circonférence, et les prolonge- ments sont recourbés pour s'engager dans la gorge annu- laire, et par le fait que la garniture d'avant-joint pré- sente des dents qui font partie de languettes élasti- ques, pénètrent axialement dans l'espacé annulaire de la bague de palier et s'engagent radialement dans la gorge annulaire en passant à travers les interruptions. Du fait que la garniture d'avant-joint est enga- gée directement dans la gorge annulaire par les dents as- sociées à ses languettes, il est possible d'obtenir une liberté de rotation entre la garniture d'avant-joint et la garniture de joint principal, c'est-à-dire qu'il ne s'exerce pas d'influences négatives sur la garniture d'avant-joint par suite d'une précontrainte ou d'un au- 1-5 tre effort éventuellement nécessaire. Grâce à l'assembla- ge établi entre la garniture de joint principal et le support, il est en outre possible de transmettre directe- ment au support les forces axiales résultant d'un dépla- cement axial des aiguilles qui se produit lors du fonc- tionnement du joint, et de les transmettre de ce support & la bague. La garniture de joint principal elle-même peut donc être maintenue exempte de tous les efforts axiaux. Ceci élimine une influence négative sur sa fonc- tion d'étanchéité, en particulier sur les forces de pres- sion de ses lèvres d'étanchéité sur la surface externe du tourillon. Lorsqu'on monte sur le tourillon du croi- sillon l'unité ou le sous-ensemble pré-monté, composé de la bague de roulement, des aiguilles du roulement, de la garniture de joint principal et de la garniture d'avant- joint, la garniture d'avant-joint est repoussée en bonne position par rapport à la garniture de joint principal dès la première inclinaison du joint, c'est-à-dire qu'el- le est tournée dans le sens circonférentiel de telle ma- nière que les dents puissent se déplacer librement dans les interruptions du corps du support. Selon une autre caractéristique, il est prévu que la dimension circonférentielle des interruptions as- sociées aux dents, avec la mobilité nécessaire dans les deux sens est plus grande que celle des dents et que, à l'état monté, la garniture d'avant-joint est maintenue solidaire du tourillon en rotation par une précontrain- te. La garniture de joint principal est fixée dans la' ba- gue du roulement. Le support est de préférence constitué par une bague présentant une collerette dirigée vers l'inté- rieur. Dans cette construction, dans le cas d'une bague en tôle, la garniture de joint principal peut être vulca- nisée contre la paroi intérieure de cette bague en tôle. Toutefois, le support peut encore être réalisé sous la forme d'une pièce de matière plastique d'un seul tenant avec la garniture de joint principal, auquel cas seules les lèvres d'étanchéité sont d'une configuration sou- ple. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dents et/ou languettes sont munies d'une amorce de rupture dans la direction circonférentielle de la garni- ture d'avant-joint. De cette façon, il est possible de donner aux dents de retenue et aux languettes élastiques une constitution relativement solide pour l'état de pré- montage cependant qu'en même temps, on fait en sorte que, lorsque le sous-ensemble a été pré-monté sur le tou- rillon et que l'on a incliné le jo.int, les dents se dé- forment ou se cisaillent par suite d'angles d'inclinai- son excessivement grands, de sorte qu'il est possible d'obtenir la liberté de rotation de la garniture d'avant-joint par rapport à la garniture de joint princi- pal. Si les languettes sont suffisamment étroites, il n'est pas nécessaire de prévoir d'amorces de rupture par- ce que les dents basculent sans s'arracher de la garnitu- re d'étanchéité. Finalement, dans une autre forme de réalisa- tion, il est prévu de choisir trois languettes munies de dents qui sont réparties sur la circonférence. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de -la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 représente un arbre de transmis- sion; la figure 2 représente un croisillon consti- tuant une pièce de l'arbre de transmission, et sur le- quel sont montées des bagues de roulements avec une gar- niture de joint porincipal et une garniture d'avant- joint; la figure 3 est une coupe d'un sous-ensemble ba- gue de roulement pré-monté; la figure 4 est une vue représentant uniquement la bague de roulement, prise dans le sens de la flèche x tracée sur la figure 3; la figure 5 est une vue montrant uniquement la garniture d'avant-joint, prise dans le sens de la flèche y tracée sur la figure 3; la figure 6 est une représentation fonctionnel- le de la disposition des dents par rapport aux prolonge- ments. L'arbre de transmission selon la figure 1 est composé de deux joints 2, 3 qui sont reliés l'un à l'au- tre par un arbre intermédiaire 4. A cet effet, les deux fourches d'entratnement 6 sont munies, l'une d'un bout d'arbre coulissant 7 constituant un élément intérieur, l'autre d'un manchon 8, le bout d'arbre et le manchon étant reliés l'un à l'autre, par l'intermédiaire de can- nelures 9 formées dans la surface externe de l'un et dans l'alésage de l'autre, de manière à être mobile en translation axiale mais solidaires en rotation dans la direction circonférentielle. Les deux joints 2 et 3 pré- sentent, en supplément de leurs deux fourches d'entratne- ment 6, des fourches à flasque 5. Les deux fourches à flasque 5 sont en prise avec les fourches d'entraînement 6 par l'intermédiaire d'un croisillon 10. Le croisillon est logé, dans des perçages 12 des fourches à flasque et des fourches d'entraînement 6 par l'intermédiaire d'un roulement qui comprend une bague de roulement 11. L'arbre de transmission 1 peut être accouplé à un organe menant et à un organe mené par l'intermédiaire des flas- ques associés aux fourches à flasques 5. Sur la figure 2, on a représenté une garniture de croisillon qui est composée du croisillon 10, lequel présente quatre tourillons 13 disposes perpendiculaire- ment entre eux et sur lesquels les bagues de roulement 11 tourillonnent par l'intermédiaire d'aiguilles de rou- lement 15. Les bagues de roulement 11 sont en appui par leurs surfaces de fond contre la surface terminale 14 des tourillons. Pour l'étanchéité, le roulement présente des garnitures d'étanchéité agencées dans l'espace annu- laire compris entre la surface externe 27 du tourillon 13 et la paroi d'alésage 28 de la bague 11 du roulement, sous la forme d'une garniture de joint principal 16 et d'une garniture d'avant-joint 17. La disposition particu- lière de la garniture de joint principal 16 et de la gar- niture d'avant-joint 17 est indiquée de façon plus dé- taillée en regard des figures 3 à 5 du dessin. La figure 3 montre un sous-ensemble pré-monté, composé de la bague de roulement 11, des aiguilles ou rouleaux 15, de la garniture d'avant-joint 17 et de la garniture de joint principal 16. Par ailleurs, on a enco- re prévu, sur les surfaces terminales des aiguilles ou rouleaux 15, des rondelles de portée 18 qui, toutefois, peuvent être supprimées, du moins sur le côté des garni- tures d'étanchéité,selon la matière dans laquelle le sup- port 20 est formé. Les aiguilles ou rouleaux 15 roulent sur la surface interne 28 de la bague 11. Une garniture de joint principal 16 est encastrée dans l'alésage de la bague 11, vers l'extrémité ouverte de cette bague, c'est-à-dire vers la surface frontale de cette bague. La garniture de joint principal 16 est vulcanisée contre un support 20 qui est réalisée sous la forme d'une bague en tôle munie d'une région de corps 22 et d'une collerette 31 repliée radialement vers l'intérieur. Par ailleurs, le support 20 présente, dans le prolongement de la ré- gion de corps 22, des prolongements 21 répartis sur la circonférence. Toutefois, il est encore possible de réa- liser la garniture de joint principal 16 et le support 20 sous la forme d'un composant d'une seule pièce, en ma- tière plastique, par le procédé d'injection à deux compo- sants, les lèvres d'étanchéité étant faites d'une matiè- re plus souple. Les prolongements 21 sont capables de fléchir radialement et réalisés sous une forme écartée. Ainsi que ceci ressort de la figure 4, il est prévu, par exemple, trois groupes de chacun trois prolongements 21 qui sont répartis sur la circonférence par groupes, avec une large interruption 26 dans chaque intervalle entre deux groupes de prolongements 21. La garniture de joint principal 16 est montée en appui par son support 20, c'est-à-dire par sa surface externe, contre la surface interne 28 de la bague 11 du roulement. Les prolonge- ments 21 peuvent être mis en prise, par déformation ra- diale vers l'extérieur, avec une gorge annulaire 23 qui est ménagée dans la surface interne 28, vers l'extrémité ouverte de la bague du roulement. De cette façon, on ob- tient un appui axial de la garniture de joint principal 16 par rapport à la bague de roulement 11. Les forces axiales qui résultent du déplacement en translation des aiguilles ou rouleaux 15 du roulement lors du fonctionne- ment de l'arbre de transmission, c'est-à-dire lors de la rotation de l'arbre de transmission sous effort, sont di- rectement transmises des aiguilles 15 à la paroi de la bague 11 du roulement, par l'intermédiaire de la rondel- le de portée 18 éventuellement présente et de la colle- rette 31 du support 20, puis des prolongements 21 de ce support. La garniture de joint principal 16, en particu- lier la partie déformable de cette garniture, qui sert à l'étanchéité, reste non affectée par les forces axiales 3. La garniture de joint principal 16 présente de préfé- rence deux.lèvres d'étanchéité i9 qui pointent vers l'ex- trémité ouverte de la bague de roulement 11 et sont ap- puyées à joint étanche sur la surface externe 27 du tou- rillon 13 correspondant pour établir l'étanchéité. Une garniture d'avantjoint 17 est accrochée à la bague 11 du roulement. Pour cela, la garniture d'avant-joint 17 présente des languettes élastiques 24, munies de dents , réparties sur la circonférence. Ainsi que ceci ressort de la figure 5, il est prévu plusieurs languettes élastiques 24 munies de dents 25, en particulier trois de ces languettes. Les dents 25 sont engagées radialement vers l'extérieur dans la gorge annulaire 23 et retiennent la garniture d'avant-joint 17 dans la direction axiale par rapport à la bague 11 du roulement. Les languettes élastiques 24, munies des dents 25 de la garniture d'avant-joint 17 sont disposées de manière à s'engager dans la gorge annulaire 23 en tra- versant les interruptions circonférentielles 26 du sup- port 20, dans la région des prolongements 21 de ce sup- port. La largeur circonférentielle des interruptions 26 est calculée dans cette construction supérieure à celle des languettes élastiques 24 et de leurs dents. C'est ainsi que, par exemple, la largeur circonférentielle de l'interruption 26 peut représenter un angle au centre de 66 , conformément à l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, tandis que la largeur circonférentielle des languettes élastiques 24 et de leurs dents ne couvre qu'un angle de 7,5 pour chaque languette. Les interrup- tions 26 sont également décalées de 120 les unes par rapport aux autres, de même que les languettes élasti- ques 24. Grace à cette disposition et à cette constitu- tion, la garniture d'avant-joint dispose d'une liberté de rotation par rapport à la garniture de joint princi- pal 16 qui correspond à la largeur de mouvement des dents 25 dans les interruptions 26. L'angle libre dans les deux sens de rotation, qui est visible sur la repré- sentation fonctionnelle, est calculé-de manière que les dents 25 disposent encore d'une liberté de mouvement dans les interruptions 26, même en présence de l'incli- naison maximale du joint. Vue en coupe, la garniture d'avant-joint 17 est d'une configuration sensiblement en v et elle présente deux lèvres d'étanchéité ou surfaces d'étanchéité, dont la surface d'étanchéité radialement intérieure est prévue pour s'appuyer contre la surface externe du tourillon 13, et la lèvre d'étanchéité 29 si- tuée radialement à l'extérieur sert à établir l'étanchéi- té par rapport à la surface frontale de la bague de rou- lement 11 ou d'une région de cette bague 11 qui fait sui- te à cette surface. Pour le montage de l'arbre de trans- mission, c'est-à-dire des deux joints de cardan 2 et 3 de l'arbre de transmission 1, après avoir enfilé le croi- sillon 10 dans les perçages 12 des fourches à flasque 5 ou des fourches d'entratnement 6, on emmanche à force un sous-ensemble pré-monté représenté sur la figure 3 sur le tourillon et dans le perçage 12, en l'engageant radia- lement de l'extérieur. Dans cette action, la position re- lative de la garniture d'avant-joint 17 par rapport à la garniture de joint principal 16, c'est-à-dire, en parti- culier, la position relative des dents 25 par rapport aux prolongements 21 est sans importance. Après le monta- ge du sous-ensemble, c'est-à-dire après l'emmanchement de la bague de roulement 11 dans le perçage 12 et après l'inclinaison du joint, le dispositif se place de lui-mê- me de manière que les dents 25 se trouvent dans une posi- tion circonférentielle médiane dans les interruptions 26, sur le tourillon 13 correspondant, de sorte qu'il n'y a pas d'obstacle au mouvement entre les dents 25 et les prolongements 21. Pendant l'opération de montage, la garniture d'avant-joint 17 n'est pas encore fixée sur le tourillon 13 correspondant suffisamment solidement pour qu'il ne puisse plus se produire de déplacement relatif. Au contraire, il peut se produire un auto-alignement.. En réponse à une inclinaison et à une rotation, la garnitu- re d'avant-joint 17 tourne ou se déplace dans la direc- tion circonférentielle, sous l'effet l'arrivée des dents en butée contre les prolongements 21, de sorte qu'il n'y a plus d'obstacle. Toutefois, il est encore possible de munir les dents 25 et/ou les languettes correspondan- tes d'amorces de rupture dans la direction circonféren- tielle. Après le montage ou au cours du montage, et au moment de la première inclinaison du joint, les dents 25 ou les languettes élastiques 24 peuvent se cisailler lors du dépassement de l'angle libre et de l'arrivée con- tre les prolongements 21 du support 20. les dents cisail- lées restent dans l'espace libre entre la garniture de joint principal et la garniture d'avant-joint. En raison de leur petite dimension, elles n'ont alors aucune in- fluence négative sur la fonction d'étanchéité. Du fait qu'il n'est prévu que quelques languettes élastiques et dents 25, par exemple trois languettes et dents, répar- ties sur la circonférence et du fait qu'on a choisi des interruptions 26 relativement grandes, le dispositif d'étanchéité ne détermine qu'une faible résistance à la lubrification. Il n'y a pas de fentes étroites. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif d'étanchéité pour. le joint entre une bague de palier (notamment dé roulement) et un tou- rillon ou bout d'arbre, en particulier, un tourillon de croisillon de joint de cardan, comprenant une première garniture ou garniture de joint principal, qui est dispo- sée dans l'intervalle annulaire entre la surface externe du tourillon ou bout d'arbre et la surface interne de la bague de palier, et est fixée par l'intermédiaire d'un support dont un prolongement fait saillie dans une gorge annulaire ménagée dans la surface interne de la bague de palier, et une deuxième garniture, ou garniture d'avant- joint, qui présente, d'une part, une lèvre d'étanchéité en appui contre la surface frontale de la bague de pa- lier et une région extérieure adjacente, qui fait suite À cette surface et, d'autre part, forme un joint étanche sur le tourillon ou bout d'arbre par l'intermédiaire d'une autre lèvre d'étanchéité ou surface d'étanchéité, et qui est maintenue pré-montée, caractérisé et ce que le support (20) est muni, dans le prolongement de sa ré- gion de corps (22), de prolongements (21) et d'interrup- tions (26) qui s'étendent sur sa circonférence, et les prolongements (21) sont recourbés pour s'engager dans la gorge annulaire (23) de la bague de palier (11), et la garniture d'avant-joint (17) présente des dents (25) qui font partie de languettes élastiques (24), pénétrant axialement dans l'espace annulaire de la bague de palier (11) et s'engagent radialement dans la gorge annulaire (27) en passant à travers les interruptions (26). 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la dimension circonféren- tielle des interruptions (26) associées aux dents (25) est supérieure à celle des dents (25) lorsque, à l'état monté, la garniture d'avant-joint (17) est maintenue so- lidaire du tourillon (13) en rotation, par une précon- trainte. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le support (20) est consti- tué par une bague présentant une collerette dirigée vers l'intérieur. 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les dents (25) et/ou les languettes (24) sont munies d'une amorce de rupture dans la direction. circonférentielle de la garniture de joint principal (16). 5. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il est prévu trois-languet- tes (24) munies de dents (25), qui sont réparties sur la circonférence.