Brevet FR2650047A1 — publié le 19910125

La présente invention concerne un joint du type "à lèvre axiale". La présente invention concerne également un dispositif d'étanchéité utilisant un tel joint pour assurer une étanchéité entre une paroi et un arbre traversant cette paroi. La présente invention concerne en outre une machine dynamoélectrique ainsi équipée. Les joints dits "A lèvre axiale" servent par exemple à éviter l'entrée d'eau de ruissellement ou d'impuretés à l'intérieur d'un moteur électrique. Le joint comprend un corps emmanché sur l'arbre et une lèvre raccordée au corps et qui, à partir du corps, s'écarte obliquement du corps vers la paroi pour s'appuyer avec une force d'appui axiale sur une portée ménagée sur la paroi autour de l'ouverture, du côté de la paroi tourné vers l'extérieur du moteur. Le joint à lèvre axiale est à distinguer des joints dits "d lèvre radiale", c'est-à-dire dont le corps est einbotté dans le flasque et la lèvre d'étanchéité s'appuie avec une force d'appui radiale sur une portée cylindrique de l'arbre. Les joints à lèvre radiale visent des applications différentes, dans lesquelles on accepte un frottement plus important pour avoir une étanchéité répondant à des normes plus sévères. c En ce qui concerne les joints à, lève axiale, ils se trouvent fréquemment exposés à l'air libre où ils subissent les agressions atmosphériques, constituées en particulier par les rayons ultraviolets. On constate qu'à la longue ces joints, et en particulier la lève d'étanchéité, se craquèlent et deviennent inopérants. En outre, il est de plus en plus demandé que les moteurs résistent au lavage par les appareils dits "nettoyeurs haute pression" qui produisent un jet liquide sous environ 150 bars (15 MPa). I1 est donc souhaitable que le joint à lèvre axiale, a priori simplement destiné à l'étanchéité sans pression, résiste occasionnellement au jet de nettoyage à haute pression. Les joints à lèvre axiale actuels risquent d'être endommagés, déformés ou déplacés par un tel jet. Le but de 11 invention est de proposer un joint qui assure les fonctions d'un joint à lèvre axiale actuel, avec aussi peu de frottement, mais qui ait en outre une bonne résistance aux ultra-violets et autres agressions, notamment en atmosphère naturelle, et au nettoyage à haute pression. Suivant un premier aspect de l'invention, le joint d'étanchéité à lèvre axiale comprenant un corps annulaire et une lèvre annulaire d'étanchéité qui se raccorde au voisinage d'une extrémité annulaire de celui-ci, la lèvre s'écartant obliquement de l'axe du corps à partir du corps, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre une aile annulaire de protection qui recouvre la lèvre d'étanchéité. Ainsi, l'invention conserve le principe de la lèvre axiale, mais lui adjoint une aile protectrice qui protège la lèvre axiale à l'égard des agressions telles que les ultra-violets ou le jet sous pression. Une éventuelle dégradation de cette aile protectrice nta pas de graves conséquences puisque celle-ci n'a pas une fonction d'étanchéité mais simplement une fonction de "bouclier". De plus, en service, lorsque le joint est en rotation, l'aile protectrice joue un rôle de centrifugation et écarte ainsi de la lèvre d'étanchéité la plupart des corps étrangers qui se présentent au voisinage du joint Par conséquent, le rôle d'étanchéité dévolu à la lèvre d'étanchéité est grandement facilité. Suivant un deuxième aspect, l'invention vise un dispositif d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre une paroi et un arbre engagé à travers une ouverture de la paroi, ce dispositif comprenant un joint annulaire selon le premier aspect, dont le corps est emmanché sur l'arbre et la lèvre s'appuie axialement contre une portée solidaire de la paroi et située autour de l'ouverture. Selon un troisième aspect de l'invention, la machine dynamoélectrique comprend un flasque d'extrémité, un arbre rotorique engagé à travers une ouverture ménagée dans une paroi du flasque, et un dispositif d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre la paroi et l'arbre, ce dispositif étant conforme au deuxième aspect de l'invention visé ci-dessus. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en élévation d'un moteur électrique avec demi-coupe axiale, équipé de deux dispositifs d'étanchéité selon l'invention; - la figure 2 est une vue de détail de l'un des dispositifs d'étanchéité de la figure 1; - la figure 3 est, à échelle encore plus grande, un détail de la figure 2; et - la figure 4 est une demi-vue en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation du dispositif d'étanchéité. La machine dynamoélectrique représentée à la figure 1 et généralement indiquée par le repère 1, comprend deux flasques d'extrémité 2 , un arbre rotorique 3 engagé à chaque extrémité à travers une ouverture 2b ménagée dans une paroi 2a de chacun des flasques 2 et supporté relativement à cette paroi 2a par un palier à roulement 4, et un dispositif d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre la paroi 2a de chacun des flasques 2 et l'arbre 3. Comme on le voit mieux aux figures 2 et 3, le dispositif d'étanchéité comprend un logement annulaire 5 défini entre une portée cylindrique 3a de l'arbre 3 et une surface cylindrique concave 6 du flasque 2, contribuant à délimiter radialement vers l'extérieur l'ouverture 2b. L'ouverture 2b est également délimitée radialement vers l'extérieur par une paroi cylindrique concave 2c, qui est de plus grand diamètre que la paroi 6 et est située vers l'intérieur du moteur par rapport à la paroi 6. Les deux parois 2c et 6 sont reliées l'une à l'autre par un épaulement 2d du flasque 2. La bague extérieure 4a du palier 4 est embottée dans la paroi 2c et emprisonnée axialement entre l'épaulement 2d et, c8té intérieur du moteur, un anneau élastique 4d.La bague intérieure du palier 4 est emmanchée sur la portée cylindrique 3a de l'arbre 3 et appuyée axialement, du côté tourné vers l'intérieur du moteur, contre un épaulement 3b de l'arbre 3, épaulement qui limite axialement la portée 3a. Le logement 5, tel que défini par la portée cylindrique 3a, la surface cylindrique 6 et le palier 4, est ouvert axialement vers l'extérieur du moteur 1. Le dispositif d'étanchéité comprend en outre un joint annulaire élastique 10 en une matière présentant les propriétés mécaniques et thermiques adaptées à l'application de la machine dynamoélectrique, par exemple en élastomère tel que le nitryle. Le joint 10 a un corps annulaire 11, relativement rigide axialement, et une lèvre 12 venue de matière et raccordée par une collerette llc à une face radialement extérieure lld du corps il au voisinage d'une extrémité annulaire lia de celui-ci. La lèvre 12 a une direction oblique par rapport à l'axe du corps 11, formant avec cet axe un angle aigu A s'ouvrant vers l'autre extrémité annulaire llb du corps 11.La lèvre 12 a ainsi une face conique concave tournée vers la paroi 2a et une fsce conique convexe tournée vers l'extérieur du moteur. Le corps annulaire 11 du joint 10 est emmanché serré sur la portée cylindrique 3a de l'arbre 3 dans le logement annulaire 5, et il est ainsi rendu solidaire de l'arbre 3. Le corps 11 est écarté radialement de la surface annulaire 6 qui définit l'ouverture de la paroi 2a. En d'autres termes, à partir de la collerette llc, le corps 11 s'étend vers l'intérieur du moteur. Cette disposition réduit l'encombrement axial supplémentaire dû au joint 10, le limitant pratiquement à l'épaisseur axiale de la collerette llc. Le corps 11 du joint 10 est appuyé, par son extrémité annulaire llb éloignée axialement de la lèvre 12, contre la face latérale 4c de la bague intérieure 4b du palier à roulement 4 supportant l'arbre 3 relativement à la paroi 2a. La face latérale 4c, opposée à l'épaulement 3b de l'arbre 3, constitue ainsi un épaulement de butée axiale pour le joint 10, I'empêchant de glisser au cas où une pression extdrieure, un jet d'eàu par exemple, s'exercerait axialement du c8té de l'extrémité annulaire lla. Lorsque l'extrémité llb du corps li est appuyée contre la bague 4b, l'extrémité lîa de celui-ci se trouve dans le plan d'un épaulement 3d assurant la transition entre la portée 3a et un embout 3e de l'arbre 3, qui est de diamètre inférieur à celui de la portée 3a et est destiné à être engagé dans un manchon 51 (figure 1) d'accouplement de l'arbre 3 avec la charge que le moteur 1 doit entraîner (le rotor d'un ventilateur, par exemple). L'extrémité du manchon 51 vient s'appuyer contre l'dpaulement 3d et contre l'extrémité 11a du corps il, ce qui empêche le joint 10 de se déplacer vers l'extérieur du moteur.Pour avoir plus de rigidité dans le sens axial entre ses deux extrémités lla et llb, le corps 11 peut avoir une âme île figure 3), constituée d'un morceau de tube métallique, noyée dans l'élastomère. La lèvre 12 s'appuie axialement contre une portée plane 2e aménagée sur la paroi 2a autour de l'ouverture 2b, réalisant ainsi l'étanchéité entre l'arbre 3 et la paroi 2a du flasque 2. Il y a donc, en fonctionnement, glissement dans le sens circonférentiel entre la lèvre 12 et la portée 2e. Le joint 10 comporte en outre une aile annulaire 13 venue de matière, qui recouvre la face convexe de la lèvre 12, c'est-à-dire le c8té de la lèvre 12 tourné vers l'extérieur du logement 5. L'aile 13 s'étend depuis'l'extrémité annulaire îîa et la collerette llc radialement vers l'extérieur au-delà de la lèvre 12. L'aile annulaire 13 se trouve écartée de la lèvre 12 par une gorge annulaire 14 de section transversale en U. L'aile 13 est donc sensiblement parallèle à la lèvre 12 (forme sensiblement le même angle A avec l'axe de l'arbre 3). L'extrémité libre de l'aile 13 est en regard de la portée 2e, avec par rapport à cette dernière, un écartement axial qui est par exemple de l'ordre du millimètre. L'aile annulaire 13 a un rôle de protection à l'égard de la lèvre d'étanchéité 12. Cette protection est essentiellement assurée à l'encontre des rayons ultra-violets susceptibles de dessécher et de craqueler la matière du joint (élastomère) au point de le rendre inopérant. Grâce à la position du corps Il vers l'intérieur du moteur par rapport à la lèvre 12, l'aile 12 protège aussi le corps Il. La protection est également assurée à l'encontre des agressions mécaniques et des corps étrangers, ces derniers étant, en service, écartés par l'effet centrifuge de l'aile annulaire 13 lorsque l'arbre 3 est en rotation. De mamie, gracie à l'aile 13, un lavage au jet sous pression ne risque pas de déformer la lèvre 12 au point de permettre l'entree d'eau dans le moteur 1.Grâce à la position du corps 11 dans, le logement 5, à son positionnement précis et à sa' rigidité axiale, le jet ne risque meme pas de déplacer le joint. Le dispositif d'étanchéité que l'on vient de décrire présente de nombreux avantages. Son encombrement axial est très réduit. Contrairement à ce qu'impose'le joint à lèvre axiale connu, le diamètre de l'ouverture 2b est, tout le long de l'axe de l'ouverture 2b, relativement grand, très supérieur au diamètre delta portée 3a. I1 en résulte deux avantages: - au montage, après avoir mis en place le palier 4 dans le flasque 2 et l'y avoir verrouillé au moyen de l'anneau élastique 4d, on peut engager l'ensemble sur l'arbre 3 en poussant au moyen d'un tube sur la face e 4c de la bague 4b, comme le permet le diamètre relativement grand de la surface 6.Ainsi, le palier est préservé car la poussée d'emmanchement n'est pas transmise par les billes, contrairement à ce qui se passe avec le dispositif d'étanchéité à lèvre axiale connu, qui oblige à appliquer la poussée d'emmanchement sur le flasque 2, poussée qui est transmise à la bague 4a puis, par Ùi'ntermédiaire des billes, à la bague 4b. - Lors de la fabrication du flasque, il suffit de monter celui-ci une seule fois sur un tour pour usiner toutes les surfaces fontionnelles 2c, 2d, 6, 2g, 2h (cf. figures 1 et 2) depuis le c8té du flasque-qui sera, en service, tourné vers l'intérieur du moteur. Ainsi, les risques d'imprécision sur le positionnement relatif de ces surfaces fonctionnelles est réduit et le 'temps d'usinage aussi. Le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention permet d'interposer diverses pièces accessoires telles que déflecteurs ou douilles d'appui ou de frottement. A la figure 4 est représenté un déflecteur annulaire métallique 14, en tôle, emmanché sur l'arbre 3 du côté du joint 10 opposé au logement 5 et appuyé contre l'épaulement 3d, donc pincé entre celui-ci et le manchon 51 lorsque ce dernier est en place. Lorsque la machine dynamoélectrique est en service, le déflecteur 14 constitue une première protection contre les corps étrangers. Une douille 15 est emmanchée à force et de manière étanche sur la portée 3a de l'arbre 3, dans le logement 5. Le douille 15 a une extrémité extérieure qui est dans le plan de l'épaulement 3d pour accroître la surface de butée disponible pour la manchon 51 de la figure 1, comme le demandent certains utilisateurs. Le corps 11 du joint 10 est emmanché à force et de manière étanche sur la douille 15. Une bague de frottement 16 en acier inoxydable, sensiblement en forme de S, est fixée à la paroi 2a par emboitement serré d'une aile axiale 16a dans la surface annulaire 6. La bague 16 comprend en outre une aile radiale 16b qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de l'aile axiale 16a et qui définit la portée solidaire de la paroi 2a. Cette bague 16 constitue en service une surface de frottement solidaire du flasque 2 contre laquelle s'appuie la lèvre d'étanchéité 12 du joint 10 en rotation avec l'arbre 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. L'aile protectrice, au lieu d'entre solidaire du joint 10, pourrait être rapportée. Elle pourrait par exemple être constituée par-un déflecteur tel que 14 qui remplacerait purement et simplement l'aile 13 des figures 1 à 3. Revendications 1. Joint d'étanchéité à lèvre axiale comprenant un corps annulaire (11) et une lèvre annulaire d'étanchéité (12) qui se raccorde au voisinage d'une extrémité annulaire (lia) de celui-ci, la lèvre (12) s'écartant obliquement de l'axe du corps à partir du corps, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une aile annulaire de protection (13) qui recouvre la lèvre d'étanchéité (12). 2. Joint d'étanchéité conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'aile de protection (13) est réalisée d'une seule pièce avec le corps (11) et avec la lèvre (12). 3. Joint d'étanchéité conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aile de protection (13) s'étend radialement au-delà de la lèvre (12). 4. Joint d'étanchéité conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lèvre d'étanchéité (12) forme avec l'axe du joint un angle aigu (A) s'ouvrant vers l'extrémité axiale (lob) du corps (11) éloignée de la lèvre (12). 5. Joint d'étanchéité conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aile de protection (13) forme, par rapport à l'axe du joint, sensiblement le même angle (A) que la lèvre 12. 6. Joint d'étanchéité conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la lèvre (12) et l'aile de protection (13) sont espacées l'une de l'autre. 7. Joint d'étanchéité conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la lèvre (12) et l'aile de protection (13) partent toutes les deux d'une -collerette (lac) du corps 11. 8. Dispositif d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre une paroi (2a) et un arbre (3) engagé à travers une ouverture (2b) de la paroi (2a), ce dispositif comprenant un joint annulaire (10) selon l'une des revendications 1 à 7 dont le corps (11) est emmanché sur l'arbre (3) et la lèvre (12) s'appuie axialement contre une portée (2e, 16b) solidaire de la paroi (2a) et située autour de l'ouverture (2b). 9. Dispositif d'étanchéité conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que l'aile annulaire (13) de protection est' espacée de la paroi (2a). 10. Machine dynamo'électrique (1) comprenant un flasque d'extrémité (2), un arbre rotorique (3) engagé à travers uné ouverture ménagée dans une paroi du flasque (2a), et un dispositif d'étanchéité pour assurer une étanchéité entre la paroi (2a) et l'arbre (3), ce dispositif étant conforme à l'une quelconque des revendications 8 ou 9.