Brevet FR2624945A1 — publié le 19890623

BAGUE D'ETANCHEITE * La présente invention concerne une bague d'étanchéité pour rendre étanche un arbre rotatif par rapport à une face d'une paroi s'étendant de façon sensiblement perpendiculaire à l'arbre, cette bague d'étanchéité comportant un corps principal en matière élastomère, que l'on peut placer sur l'arbre dans un état dilaté radialement, et une lèvre d'étanchéité reliée au corps principal et adaptée pour porter contre la face de la paroi. La fonction d'étanchéité d'une bague d'étanchéité de ce type est assurée, d'une part, par le contact du corps principal avec la surface latérale de l'arbre et, d'autre part, par le contact de la lèvre d'étanchéité avec la face de la paroi. La lèvre d'étanchéité maintient ainsi sa fonction d'étanchéité aussi bien dans l'état statique que dans l'état dynamique, c'est-à-dire aussi bien lorsque l'arbre est immobile et que la lèvre porte contre la face de la paroi sans se déplacer par rapport à cette dernière que lorsque l'arbre tourne et que la lèvre glisse contre la face de la paroi. I1 est difficile d'obtenir une étanchéité satisfaisante entre la lèvre et la face de la paroi aussi bien dans l'état statique que dans l'état dynamique et il est nécessaire que la face de la paroi soit absolument parfaite et régulière.Même s'il est possible d'éliminer les irrégularités et les imperfections à l'aide d'un usinage supplémentaire de la face de la paroi, cette opération entraine des frais supplémentaires considérables. L'objet de l'invention est d fournir une bague d'étanchéité du type décrit ci-dessus qui soit apte à maintenir une étanchéité suffisante entre la lèvre et la face de la paroi aussi bien dans l'état statique que dans l'état dynamique sans exiger d'usinage supplémentaire de la face de la paroi. Pour atteindre cet objectif, on a réalisé, selon la présente invention, une bague d'étanchéité pour l'étanchéité d'un arbre rotatif par rapport à une face d'une paroi s'étendant de façon sensiblement perpendiculaire à l'arbre, cette bague d'étanché comportant un corps principal en matière élastomère, pouvant être placé sur l'arbre dans un état dilaté radialement, et une lèvre d'étanchéité reliée au corps principal et adaptée pour porter contre la face de la paroi par une surface d'étanchéité annulaire, la bague d'étanchéité susvisée étant caractérisée en ce que la surface d'étanchéité de la lèvre d'étanchéité est pourvue d'ailettes, connues en soi, s'étendant entre la périphérie intérieure et la périphérie extérieure de la surface d'étanchéité annulaire et que lesdites ailettes se raccordent, à la périphérie intérieure de la surface d'étanchéité annulaire, à une nervure circulaire continue et présentent, à la périphérie extérieure de la surface annulaire, une hauteur décroissante et se raccordent au bord radialement intérieur d'une partie marginale annulaire uniforme et étroite qui forme la périphérie extérieure de la surface d'étanchéité annulaire. De plus, dans le cas où l'usinage de la face de la paroi lui donne l'égalité de surface normale, la bague d'étanchéité de ce type assure une fonction d'étanchéité satisfaisante aussi bien dans l'état statique que dans l'état dynamique. La bague d'étanchéité selon la présente invention maintient sa fonction d'étanchéité à l'intérieur de limites relativement larges en ce qui concerne le contact de la lèvre d'étanchéité avec la face de la paroi, c'est-à-dire en ce qui concerne la position axiale de la bague d'étanchéité par rapport à la face de la paroi et en ce qui concerne le degré de fléchissement de la lèvre d'étanchéité par suite de son contact avec la surface de la paroi. Au cours de la rotation de l'arbre, les ailettes agissent, par une action de pompage, de manière à évacuer le fluide qui a pénétré sous la lèvre d'étanchéité entre la lèvre et la face de la paroi.Dans la position où la bague d'étanchéité se trouve à une distance maximale de la face de la paroi, c'est-à-dire dans l'état minimal d'interférence entre la lèvre et la face de la paroi, la fonction d'étanchéité statique est maintenue par la partie marginale annulaire uniforme et étroite de la lèvre à la périphérie extérieure de la surface d'étanchéité annulaire. Dans la position où la bague d'étanchéité se trouve à sa distance minimale de la face de la paroi, ctest-à-dire dans l'état maximal d'interférence entre la lèvre et la face de la paroi, l'effet négatif de la déviation axiale importante de la lèvre et de l'influence de celle-ci sur'le contact entre les ailettes et la face de la paroi sont contrecarrées par la nervure circulaire se trouvant'à la périphérie intérieure de la surface d'étanchéité annulaire.Dans l'état statique, la nervure circulaire empêche le fluide qui a pénétré sous la lèvre de passer complètement audelà de la lèvre en raison du fait que la nervure constitue, en coopération avec la face de la paroi, une ligne d'étanchéité continue. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les ailettes et la nervure circulaire ont une section transversale triangulaire et sensiblement uniforme et cette section transversale triangulaire, constituant ainsi une pointe dirigée dans une direction opposée à la surface d'étanchéité de la lèvre, présente un angle au sommet d'environ 80'. De préférence, la surface d'extrémité des ailettes de la partie marginale annulaire uniforme et étroite de la lèvre d'étanchéité se trouvent dans le même plan et ce plan forme un angle aigu avec le plan de la surface d'étanchéité. On va décrire un mode de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés, dont la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif d'étanchéité comprenant une bague d'étanchéité selon la présente invention la figure 2 est une vue en plan de la bague d'étanchéité selon la présente invention les figures 3, 1 et 5 montrent, à une échelle plus grande, des détails de la bague dtétanchéité selon la présente invention, et les figures 6 et 7 contrent la position de la levre d'étanchéité. La figure l montre un arbre rotatif 2 sur lequel est disposée une bague d'étanchéité 4 selon la présente invention. L'arbre 2 s'étend à travers une paroi 6 et, de ce fait, la bague d'étanchéité 4 a pour objet d'assurer une action d'étanchéité entre l'arbre 2 et la paroi 6. La bague d'étanchéité 4 consiste en un corps principal 8 et une bague d'étanchéité 10 ne formant qu'une seule pièce avec ce dernier. Entre le corps principal 8 et la lèvre d'étanchéité 10, la bague d'étanchéité forme une gorge annulaire 12 ouverte vers l'extérieur et ayant, en coupe transversale, sensiblement la forme d'un V. La bague d'étanchéité complète 4 est constituée par une seule et même matière élastomère. Avant que la bague d'étanchéité 4 soit placée sur l'arbre 2, elle présente un diamètre intérieur qui est inférieur au diamètre extérieur de l'arbre 2.De ce fait,on place la bague d'étanchéité 4 sur l'arbre 2 dans un état radialement dilaté, ce qui assure un calage axial de la bague d'étanchéité sur l'arbre. Pour obtenir un calage axial supplémentaire de la bague d'étanchéité 4 sur l'arbre, il est possible de munir l'arbre 2 d'un épaulement contre lequel porte la surface arrière 14 du corps principal 8 située à l'opposé de la lèvre d'étanchéité 10. La lèvre d'étanchéité 10 s'appuie contre une face 16 de la paroi 6 sous une pression prédéterminée. Cette pression est déterminée par la position axiale de la bague d'étanchéité 4 sur l'arbre 2 par rapport à la face 16. I1 est ainsi possible d'adapter la pression de la lèvre d'étanchéité 10 de telle sorte qu'il existe un contact permanent de la lèvre d'étanchéité avec la face 16, c'est-à-dire de telle sorte que la lèvre d'étanchéité porte contre la face aussi bien lorsque l'arbre 2 est immobile et qu'il ne se produit aucun mouvement relatif entre la lèvre et la face que lorsque l'arbre 2 tourne, ce qui fait que la lèvre se déplace par rapport à la face 16 et que la lèvre glisse contre la face. I1 est également possible d'adapter la pression de la lèvre 10 contre la face 16 de telle sorte qu'il existe un contact entre la lèvre et la face uniquement lorsque l'arbre est immobile ou lorsqu'il tourne à une vitesse faible, tandis que la lèvre, aux vitesses de rotation plus élevées de l'arbre, se soulève par rapport à la face sous l'influence de la force centrifuge, la lèvre assurant, aux vitesses de rotation élevées, un interstice étanche qui réduit l'usure de cette lèvre. La figure 2 est une vue en plan de la bague d'étanchéité 4 et cette vue montre spécialement la surface de la lèvre d'étanchéité 10 en regard de la face 16 de la paroi 6. Cette surface de la bague d'étanchéité10 forme une surface d'étanchéité annulaire 18. La surface d'étanchéité annulaire 18 se trouve entre la circonférence 20 du bord extérieur et une circonférence 22 située radialement vers l'intérieur. La surface d'étanchéité annulaire 18 comporte plusieurs ailettes 24 qui s'étendent en travers de cette surface d'étanchéité annulaire 18 sensiblement de la même façon que les ailettes d'une pompe centrifuge. A leurs extrémités situées radialement vers l'intérieur, les ailettes 24 sont tangentes à la circonférence 22.A l'intérieur de la zone formée par la circonférence 22, la surface d'étanchéité 18 forme une nervure circulaire continue 26 avec laquelle les extrémités, radialement intérieures, des ailettes 24 sont reliées de telle sorte que les ailettes se raccordent de façon continue à la nervure circulaire 26. Les ailettes 24, ainsi que la nervure 26, ont une forme de section transversale triangulaire comme représenté sur la figure 3. Les ailettes 24 et la nervure 26 forment une pointe 28 dirigée dans une direction opposée à la surface d'étanchéité 18, cette pointe 28 présentant un angle au sommet d'environ 80' dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3. A leurs extrémités extérieures, les ailettes 24 ont une forme représentée plus en détail sur les figures 4 et 5. Ainsi, les extrémités extérieures des ailettes 24 ont une hauteur et une largeur décroissantes, de sorte que les extrémités extérieures de ces ailettes se raccordent avec la surface d'étanchéité 18 en un point. Entre les extrémités extérieures des ailettes 24 et l'arête circulaire 20,- la surface d'étanchéité 18 forme une partie marginale annulaire 30 unie et étroite. La partie marginale 30 et les surfaces supérieures des parties d'extrémité extérieures des ailettes 24 sont, comme représenté sur la figure 5, disposées dans le même plan 32 qui forme un angle aigu avec le plan de la surface d'étanchéité annulaire 18. Dans le mode de réalisation représenté, l'angle aigu entre le plan 32 et le plan de la surface d'étanchéité 18 est d'environ 7,5 . Les figures 6 et 7 montrent la position de la lèvre d'étanchéité 10 sur l'arbre immobile 2 dans deux positions axiales différentes de la bague d'étanchéité 4 sur cet arbre 2. Sur la figure 6, la bague d'étanchéité se trouve à une distance axiale maximale par rapport à la face 16, ce qui veut dire que le contact de la surface d'étanchéité 18 avec la face 16 est minimal, tandis que la bague d'étanchéité selon la figure 7 se trouve à une distance minimale de la face 16, ce qui veut dire .que le contact de la surface d'étanchéité avec la face 16 est maximal. Dans la position représentée sur la figure 6, ltétanchéité,dans l'état statique, est assurée par la partie marginale 30, continue et angulaire, qui se trouve à l'extérieur des ailettes 24. Dans la position représentée sur la figure 7, la nervure circulaire 26 située aux extrémités intérieures des ailettes 24 contrecarre lteffet de l'influence qu'exerce sur le contact entre les ailettes 24 et la face 16,la déviation ou fléchissement axial élevé de la lèvre d'étanchéité. Le fluide qui, dans l'état statique, peut pénétrer sous la lèvre est empêché par la nervure 26 de passer au-delà de -la surface d'étanchéité annulaire 18 grâce au fait que la nervure 26 forme une ligne d'étanchéité continue en contact avec la face 16. Quand l'arbre tourne, les ailettes 24 projettent radialement vers l'extérieur le liquide présent entre la lèvre et la face. il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente inventon. REVENDICATIONS 1. Bague d'étanchéité pour rendre étanche un arbre rotatif (2) par rapport à une face (16) d'une paroi s'étendant de façon sensiblement perpendiculaire à l'arbre, cette bague d'étanchéité comportant un corps principal (4) en matière élastomère que l'on peut placer sur l'arbre dans un état dilaté radialement et une lèvre d'étanchéité (10) reliée au corps principal et adaptée pour porter contre ladite face au moyen d'une surface d'étanchéité annulaire (18), caractérisée en ce que la surface d'étanchéité annulaire (18) de la lèvre d'étanchéité (10) est pourvue d'ailettes (24), connues en soi, s'étendant entre les périphéries intérieure et extérieure de la surface d'étanchéité annulaire et en ce que lesdites ailettes sont, à la périphérie intérieure ce la surface d'étanchéité annulaire, raccordées à une nervure (26) circulaire et continue et ont, à la périphérie intérieure de la surface d'étanchéité annulaire (18), une hauteur décroissante et sont raccordées au bord radialement intérieur d'une partie marginale annulaire (30) uniforme et étroite de la lèvre. 2. Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes (24) sont tangentes à la nervure circulaire (26). 3. Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (24) et la nervure circulaire (26) ont une forme de section transversale triangulaire et sensiblement uniforme. 4. Bague d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisée en ce que la section transversale triangulaire des ailettes et la nervure circulaire forment une pointe dirigée dans une direction opposée à la surface d'étanchéité (18), cette pointe présentant un angle au sommet d'environ 80". 5. Bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les surfaces d'extrémité des ailettes (24) et la partie d'extrémité annulaire (30) uniforme et étroite de la lèvre se trouvent dans le même plan (32) et que ce plan (32) forme un angle aigu avec le plan de la surface d'étanchéité (18).