Brevet FR2675877A1 — publié le 19921030

Joint d'étanchéité tournant notamment pour palier à roulement. La présente invention est relative à un joint souple pour l'étanchéité entre un organe tournant sur lequel le joint est monté et un organe non tournant. L'invention concerne plus particulièrement un joint d'étanchéité tournant pour palier à roulement et notamment un joint d'étanchéité tournant pouvant être utilisé sur un palier à roulement de butée d'embrayage. Un tel palier à roulement peut comporter des bagues extérieure et intérieure réalisées en tôle mince par emboutissage d'une tôle ou d'un tube. Dans ce type de butée d'embrayage comportant un joint tournant, l'étanchéité est réalisée au moyen d'une lèvre venant en contact de frottement avec un organe fixe qui est généralement une collerette radiale de la bague non tournante du palier à roulement. Une telle butée d'embrayage fonctionne souvent dans des conditions extrêmement sévères, à température élevée, souvent voisine de lOO0C et avec une vitesse de rotation importante. De telles conditions ont des conséquences néfastes en ce qui concerne l'étanchéité. En effet, dans un tel joint d'étanchéité à lèvre de type classique, la lèvre est inclinée par rapport à l'axe de rotation du joint et dirigée obliquement vers la surface radiale de contact sur laquelle elle vient frotter. La force centrifuge due à la rotation du joint fixé sur la bague tournante augmente la pression de contact du joint sur la surface radiale de contact, ce qui a pour conséquence une élévation de température à l'endroit du contact entre la lèvre d'étanchéité et la surface non tournante.Cette élévation de température se cumule avec une température de fonctionnement ambiante déjà élevée et peut aboutir à la destruction de la lèvre d'étanchéité et donc à la perte de l'étanchéité. n a déjà été proposé de modifier la déformation de la lèvre d'étanchéité et donc la pression de contact de la lèvre tournante sur sa surface d'appui en utilisant volontairement les effets de la force centrifuge sur des masselottes intégrées ou adjacentes à la lèvre du joint d'étanchéité. C'est ainsi que selon la demande de brevet européen 171 663 (SKF) une couronne en saillie est prévue du côté de la lèvre d'étanchéité de façon à diminuer la pression de contact lorsque la force centrifuge augmente. Une telle solution présente cependant un risque de décollement complet de la lèvre d'étanchéité entraînant une perte totale d'étanchéité dans le cas de vitesses de rotation trop élevées. La demande de brevet français 2022 905 (SKF) décrit en particulier un joint d'étanchéité comportant deux lèvres disposées d'un même côté d'une zone d'articulation de sorte que la force centrifuge entraîne l'augmentation de la pression de contact de l'une des lèvres et la diminution de la pression de contact de l'autre lèvre. Un tel joint d'étanchéité présente une relative complexité due à l'existence des deux lèvres d'étanchéité. De plus si, globalement, les frottements restent sensiblement constants, indépendamment de la vitesse de rotation, la structure est telle que l'augmentation de pression de l'une des lèvres d'étanchéité lorsque la vitesse augmente entraîne des risque de destruction par élévation de température. Un tel joint d'étanchéité ne peut donc être utilisé que pour des applications fonctionnant à des vitesses et à des températures modérées. La présente invention a pour objet de résoudre ces difficultés et de permettre la réalisation d'un joint d'étanchéité tournant réagissant à la force centrifuge d'une manière équilibrée et présentant une structure simple de façon à pouvoir fonctionner dans une large zone de températures et de vitesses avec une pression de contact entre la lèvre d'étanchéité et la surface de frottement de l'organe non tournant, pratiquement constante quelle que soit la vitesse de rotation. Le joint souple pour l'étanchéité entre un organe tournant sur lequel il est monté et un organe non tournant, selon l'invention, est du type comportant une lèvre d'étanchéité en contact avec l'organe non tournant et des moyens réagissant à la force centrifuge pour modifier la déformation de la lèvre d'étanchéité. Le joint souple comprend une couronne d'équilibrage située, par rapport à la lèvre d'étanchéité, à l'opposé d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'organe tournant et passant par une zone annulaire d'articulation de la lèvre d'étanchéité. Les profils en section axiale de la lèvre d'étanchéité et de la couronne d'équilibrage ainsi que leurs positions respectives sont de préférence tels que les moments respectifs exercés lors de la rotation de l'organe rotatif sur la lèvre d'étanchéité et sur la couronne d'équilibrage par rapport à la zone annulaire d'articulation sont de valeurs sensiblement égales et de signes opposés. De cette manière, la force centrifuge exerce un effet équilibré sur la lèvre d'étanchéité et la couronne d'équilibrage de sorte que la pression de contact de la lèvre d'étanchéité est maintenue sensiblement constante quelle que soit la vitesse de rotation. La couronne d'équilibrage peut être disposée de manière sensiblement axiale ou encore dans le prolongement de la lèvre d'étanchéité. La lèvre souple du joint d'étanchéité de l'invention présente une certaine flexibilité et ne se comporte donc pas, sous l'effet de la force centrifuge, comme le ferait un élément rigide. Pour'éviter une déformation trop importante de la lèvre d'étanchéité il peut donc être avantageux de prévoir en outre un rebord rigide formant butée à proximité de la zone où la lèvre d'étanchéité se rattache à la zone annulaire d'articulation afin de limiter la déformation de la lèvre d'étanchéité lors du fonctionnement à grande vitesse. Le joint d'étanchéité de l'invention peut être appliqué pour obtenir l'étanchéité entre la bague tournante et la bague non tournante d'un palier à roulement. L'invention est particulièrement intéressante dans le cas où ce palier à roulement équipe une butée d'embrayage et notamment une butée d'embrayage du type comportant des bagues intérieure et extérieure en tôle mince emboutie, dans une telle application la lèvre d'étanchéité est de préférence en contact avec une collerette radiale de la bague non tournante du palier à roulement. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation décrit à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une demi-vue en coupe d'une butée d'embrayage autocentreuse comportant un palier à roulement muni d'un joint d'étanchéité selon l'invention; la figure 2 est une section axiale agrandie d'un joint d'étanchéité selon l'invention; et la figure 3 illustre en vue agrandie la déformation du joint d'étanchéité selon l'invention en cours de fonctionnement. Telle qu'elle est illustrée sur les figures, l'invention est appliquée à l'étanchéité d'un palier à roulement pour une butée d'embrayage. La butée d'embrayage référencée 1 dans son ensemble sur la figure 1 comporte un palier à roulement 2 monté par l'intermédiaire d'un manchon souple d'autocentrage 3 sur la portion cylindrique 4 d'une douille de guidage 5 présentant par ailleurs une collerette radiale 6. Le palier à roulement 2 comporte une bague extérieure tournante 7 qui peut entrer en contact par une portion frontale 8 avec le diaphragme d'un embrayage non représenté sur la figure et une bague intérieure non tournante 9 présentant une collerette radiale 10 dirigée vers l'extérieur, en contact de frottement avec la collerette radiale 6 de la douille de guidage 5. Les bagues 7 et 9 sont réalisées en tôle mince par emboutissage d'une tôle ou d'un tube.Une rangée de billes 11 est montée entre des chemins de roulement respectifs des bagues extérieure 7 et intérieure 9, les billes I 1 étant maintenues par une cage 12. Le manchon souple d'autocentrage 3 est monté dans l'alésage de la bague intérieure non tournante 9 et présente une pluralité de nervures 13 dirigées axialement et venant en contact avec la surface externe de la portion cylindrique 4 de la douille de guidage 5. L'existence du manchon souple 3 permet un déplacement d'autocentrage du palier 2 par rapport à la douille de guidage 5 lors d'une opération de débrayage, le mouvement radial étant guidé par la coopération des surfaces correspondantes de la collerette radiale 10 de la bague intérieure 9 et de la collerette radiale 6 de la douille de guidage 5. L'étanchéité entre la bague extérieure tournante 7 et la bague intérieure non tournante 9 est faite, du côté du diaphragme de l'embrayage par une lèvre d'étanchéité 14 de type classique. Le joint d'étanchéité tournant selon l'invention assure quant à lui l'étanchéité au voisinage de la collerette radiale 6 de la douille de guidage 5. Le joint d'étanchéité de l'invention référencé 15 dans son ensemble et visible en vue agrandie sur la figure 2, présente une zone de fixation massive 16 de structure annulaire, et une zone annulaire d'articulation 17 située radialement vers l'intérieur par rapport à la zone de fixation 16. Une lèvre d'étanchéité 18 s'étend depuis la zone annulaire d'articulation 17 en direction de la collerette radiale 10 c'est-à-dire dirigée vers l'extérieur, les dimensions de la lèvre d'étanchéité 18 étant telles que celle-ci vienne en contact de frottement d'étanchéité contre la surface radiale de la collerette 10 opposée à la collerette radiale 6 de la douille de guidage 5 comme on peut le voir sur la figure 1. Le joint 15 comporte en outre une couronne d'équilibrage 19 dirigée sensiblement axialement, du côté opposé à la lèvre d'étanchéité 18 par rapport à la zone annulaire d'articulation 17. Comme on peut le voir sur la figure 2, les profils, en section axiale, de la lèvre d'étanchéité 18 et de la couronne d'équilibrage 19 font entre eux un angle obtu de l'ordre de 1200. Le joint 15 est réalisé par moulage d'une matière souple telle qu'un élastomère. Le joint d'étanchéité 15 est monté par serrage sur la bordure frontale de la bague extérieure 7 du palier à roulement 2 par un flasque de fixation 20 serti sur la bague 7, qui vient entourer la zone de fixation 16 et comporte en outre un rebord arrondi 21 épousant sensiblement le contour de la face extérieure de la zone annulaire d'articulation 17. Le rebord 21 est muni d'une extrémité libre formant butée 22 entrant en contact avec la lèvre d'étanchéité 18 à proximité de la zone où ladite lèvre d'étanchéité 18 se rattache à la zone annulaire d'articulation 17. La lèvre d'étanchéité 18 et la couronne d'équilibrage 19 forment un ensemble présentant en section droite axiale visible notamement sur la figure 2 deux branches situées de part et d'autre d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation défini par la zone annulaire d'articulation 17. Au repos comme illustré sur la figure 2 et en trait plein sur la figure 3, la lèvre d'étanchéité 18 vient porter avec une légère pression de contact initial sur la surface de contact de la collerette radiale 10 avec laquelle elle coopère. Lors du fonctionnement de la butée d'embrayage la bague extérieure 7 est entraînée en rotation à grande vitesse entraînant également en rotation le joint d'étanchéité 15. La force centrifuge s'exerce sur la matière souple, par exemple en élastomère, de la couronne d'équilibrage 19 et de la lèvre d'étanchéité 18 de façon à provoquer une déformation de ces éléments. On a représenté sur la figure 2 le point A sensiblement au centre de la zone annulaire d'articulation qui constitue le point d'articulation autour duquel se produit la déformation du joint d'étanchéité due à la force centrifuge. On a également indiqué sur la figure 2 le point E qui est le centre de gravité du profil en section axiale de la couronne d'équilibrage 19 et le point L qui est le centre de gravité du profil en section axiale de la lèvre d'étanchéité 18. Lors de la rotation la force centrifuge FE s'exerce sur le point E à une distance dE du point d'articulation A. De la même manière la force centrifuge FL s'exerce sur le point L à une distance dL du point d'articulation A. Selon l'invention, les profils en section axiale de la lèvre d'étanchéité 18 et de la couronne d'équilibrage 19 ainsi que leur position respective sont de préférence déterminés de telle sorte que le moment des forces exercées par la rotation sur la lèvre d'étanchéité 18 est sensiblement égal en valeur absolue au moment des forces exercées sur la couronne d'équilibrage 19 par rapport au centre A de la zone annulaire d'articulation. Dans ces conditions on a la relation: | dE X dE| = | FL X dL I Compte tenu de l'orientation opposée de la couronne d'équilibrage 19 et de la lèvre d'étanchéité 18 par rapport à la zone annulaire d'articulation 17 ces moments sont en outre de signes opposés. De cette manière on obtient une pression de contact de la lèvre d'étanchéité 18 sur la collerette radiale 10 de la bague non tournante 9 sensiblement constante quelle que soit la vitesse de rotation du joint d'étanchéité 15. La lèvre en élastomère 18 offre comme il a déjà été indiqué une certaine flexibilité. Elle ne se comporte donc pas sous l'effet de la force centrifuge comme le ferait un élément rigide. La lèvre 18 qui présente une certaine longueur a en effet tendance à grande vitesse à prendre la forme incurvée indiquée en pointillés sur la figure 3 ce qui a pour conséquence d'augmenter légèrement la surface et la pression de contact de la lèvre 18 sur la collerette radiale 10. L'extrémité 22 recourbée du rebord 21 du flasque de fixation 20 serti sur la bague extérieure 7 permet de limiter ce phénomène. L'extrémité 22 forme en effet une butée pour la base de la lèvre d'étanchéité 18 limitant ainsi la déformation de cette dernière comme on peut le voir sur la figure 3. De manière avantageuse on pourra également utiliser la couronne d'équilibrage 19 pour limiter le débattement axial de la bague extérieure tournante 7 par rapport au reste de la butée d'embrayage pendant les manipulations de la butée assemblée. Bien que dans l'exemple illustré on ait représenté la couronne d'équilibrage 19 sous la forme d'une couronne sensiblement axiale, on comprendra que la couronne d'équilibrage pourrait fort bien se trouver dans le prolongement de la lèvre d'étanchéité ou présenter une autre orientation dans la mesure où les conditions précédentes se trouvent remplies, en fonction de l'application déterminée. Bien que dans l'exemple illustré la lèvre d'étanchéité 18 ait été décrite comme en contact avec une collerette radiale faisant partie de la bague intérieure non tournante du palier à roulement 2 on comprendra que le contact puisse de faire sur un autre élément non tournant de la butée d'embrayage. Bien entendu l'invention pourrait s'appliquer également à d'autres paliers à roulement. De plus le joint d'étanchéité de l'invention pourrait être monté sur une bague tournante intérieure et non pas sur une bague extérieure comme illustré dans l'exemple précédent. REVENDICATONS 1. Joint souple pour l'étanchéité entre un organe tournant sur lequel il est monté et un organe non tournant, du type comportant une lèvre d'étanchéité (18) en contact avec l'organe non tournant et des moyens réagissant à la force centrifuge pour modifier la déformation de la lèvre d'étanchéité, caractérisé par le fait qu'il comprend une couronne d'équilibrage (19) située, par rapport à la lèvre dvétanchéité (18), à l'opposé d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'organe tournant et passant par une zone annulaire d'articulation (17) de la lèvre d'étanchéité. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les profils en section axiale de la lèvre d'étanchéité (18) et de la couronne d'équilibrage (19) ainsi que leurs positions respectives, sont tels que les moments respectifs exercés, lors de la rotation de l'organe rotatif, sur la lèvre d'étanchéité (18) et sur la couronne d'équilibrage (19) par rapport à la zone annulaire d'articulation (-17) sont de valeur sensiblement égale et de signes opposés. 3. Joint selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couronne d'équilibrage (19) est sensiblement axiale. 4. Joint selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couronne d'équilibrage est sensiblement dans le prolongement de la lèvre d'étanchéité. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un rebord rigide (21) formant butée (22) à proximité de la zone où la lèvre d'étanchéité (18) se rattache à la zone annulaire d'articulation (17) pour limiter la déformation de la lèvre d'étanchéité (18). 6. Application d'un joint selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'étanchéité entre la bague tournante et la bague non tournante d'un palier à roulement. 7. Application selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les bagues intérieure et extérieure du palier à roulement sont réalisées en tôle mince. 8. Application selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée par le fait que le palier à roulement fait partie d'une butée d'embrayage. 9. Application selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la lèvre d'étanchéité (18) du joint est en contact avec une collerette radiale (10) de la bague non tournante (9) du palier à roulement. 10. Application selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la bague non tournante du palier à roulement est la bague intérieure.