Brevet FR2731491A1 — publié le 19960913

JOINT TOURNANT D'ÉTANCHÉITÉ La présente invention a pour objet un nouveau joint tournant d'étanchéité, qui assure une étanchéité parfaite entre un arbre et son carter, tant à l'état sec qu'à l'état lubrifié. On connaît déjà des garnitures mécaniques d'étanchéité composées d'un empilage de pièces métalliques graphitées et de joints toriques. Cependant, ces garnitures sont très hautes, généralement plus de 100 mm, présentent une température d'utilisation maximale d'environ 2000C, et sont de plus chères, de l'ordre de 6 000 à 8 000 francs. On connaît par ailleurs des garnitures mécaniques d'étanchéité avec deux pièces en appui. La pièce tournante est équipée de rainures spiralées pour créer un coussin d'air, de gaz ou de fluide sur la surface d'appui. La pièce fixe est équipée d'un disque en graphite sur ressort et d'un joint d'étanchéité avec le support. La hauteur de ces garnitures est d'environ 20 mm, la température d'utilisation maximale est d'environ 200 C, ce qui représente une amélioration par rapport à la solution de l'art antérieur précitée, mais il existe un inconvénient lié au prix qui est très élevé, plus de 10 000 francs. La présente invention a donc pour but de fournir un joint tournant qui présente un encombrement réduit, une température d'utilisation élevée, qui soit fiable et d'un coût réduit. Ainsi, l'invention fournit un joint tournant destiné à être monté sur un arbre et son carter pour assurer l'étanchéité entre ledit arbre et ledit carter, comprenant une pluralité de segments et de rondelles intercalaires disposées entre deux segments consécutifs, lesdites rondelles étant des rondelles pleines, et lesdits segments étant chacun constitués d'au moins deux éléments annulaires qui présentent des fentes radiales borgnes réparties sur leur circonférence et qui sont positionnés l'un par rapport à l'autre pour assurer le recouvrement desdites fentes. Selon un mode de réalisation, le joint comporte trois segments et deux rondelles intercalaires. Selon un autre mode de réalisation, dans le joint selon l'invention, chaque segment est constitué de deux éléments annulaires. Selon encore en autre mode réalisation, dans le joint selon l'invention, chaque élément annulaire de chaque segment comporte une pluralité de fentes radiales borgnes régulièrement réparties selon la circonférence dudit segment, s'étendant radialement à partir de la bordure intérieure et de la bordure extérieure, alternativement. Selon encore en autre mode réalisation, le joint comporte de plus une rondelle ondulée ou un ressort à spires non-jointives, du côté où est exercée la pression. Selon encore en autre mode réalisation, dans le joint selon l'invention, les segments et/ou les rondelles sont traités autolubrifiants, et/ou les éléments annulaires des segments possèdent des fentes garnies de lubrifiant solide ou polymérisé in situ. Selon encore en autre mode réalisation, dans le joint selon l'invention, les segments sont montés avec un serrage élastique sur les diamètres de l'arbre et du carter, le serrage étant de préférence plus fort sur l'arbre que sur le carter. Selon encore en autre mode réalisation, dans le joint selon l'invention, les segments sont positionnés latéralement à laide d'une cale pelable réglant le jeu de fonctionnement. Selon encore en autre mode réalisation, dans le joint selon l'invention, les éléments de segments présentent des fentes ayant une forme de L. Selon encore en autre mode réalisation, dans le joint selon l'invention, les éléments de segments présentent des fentes, dans lesquelles la longueur des fentes débouchant sur la bordure extérieure, respectivement intérieure, est supérieure à la longueur des fentes débouchant sur la bordure intérieure, respectivement extérieure. L'invention est maintenant décrite plus en détail dans la description qui suit, et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un joint selon l'invention monté sur un arbre; - la figure 2 représente un segment utilisé dans le joint de l'invention; - les figures 3a et 3b représentent une variante particulière d'un segment utilisé dans le joint; - la figure 4 représente une autre variante particulière d'un segment utilisé dans le joint. La figure 1 représente un arbre dans son carter et portant un joint selon l'invention. Le joint 1 est monté sur l'arbre 2, cet arbre traversant le carter 3a, le joint étant maintenu par la flasque 3b, complétée éventuellement par une cale pelable 3c. Le joint 1 est constitué de trois segments et deux rondelles. Les rondelles sont identifiées par 4a et 4b, tandis que les segments sont identifiés par 5a, 5b et 5c. Ces rondelles sont généralement montées folles sur l'arbre et le carter, avec le minimum de jeu sur l'arbre. Les segments sont généralement montés avec serrage sur un des diamètres à étancher, arbre ou carter. Le joint selon l'invention permet d'obtenir une bonne étanchéité avec une hauteur de joint inférieure à 5 mm. De façon plus précise, sur l'arbre tournant 2 est monté de façon étanche le segment 5b rectifié sur le diamètre intérieur, avec un serrage élastique sur l'arbre. Ce segment 5b tourne à la même vitesse que l'arbre et il se positionne de lui-même sur l'arbre grâce au serrage élastique sur ce dernier qui lui permet de se déplacer axialement pour se positionner. De part et d'autre de ce segment 5b se trouvent les rondelles 4a et 4b montées avec un minimum de jeu sur l'arbre 2 et, éventuellement avec plus de jeu sur le diamètre extérieur. Ces rondelles sont pleines et sans fente, rodées sur les faces et plates avec une précision de l'ordre du micron. Ces rondelles sont folles et par exemple, autolubrifiantes, et elles tournent à la moitié de la vitesse de l'arbre. Sur le carter 3a sont montés les segments 5a et 5c avec un serrage élastique dans le carter. Ces segments 5a et 5c sont positionnés dans le carter par la flasque 3b équipée d'une cale pelable 3c qui permet de régler avec une précision de 0,02 le jeu latéral du joint. Ces segments 5a et 5c sont statiques avec le carter et le serrage élastique assure l'étanchéité avec le carter. Le réglage latéral du jeu s'effectue de la manière suivante. Si on effectue le réglage du jeu latéral par le carter il y aura deux segments étanches sur le diamètre extérieur dans le carter et un sur le diamètre intérieur sur l'arbre. Si on effectue le réglage du jeu latéral par l'arbre, il y aura deux segments étanches sur le diamètre intérieur et un sur le diamètre extérieur. Le réglage du jeu peut aussi se faire avec des cales pelables, comme indiqué ci-dessus en référence à la cale 3c. I1 est possible de remplacer le réglage latéral par une rondelle ondulée 6 qui exerce une force permanente sur le joint; ceci simplifie par ailleurs le montage. I1 est possible d'utiliser à la place de la rondelle un moyen équivalent tel qu'un ressort à spires non-jointives. Dans le cas où une rondelle ondulée ou un ressort est utilisé, il conviendra de s'assurer que la force exercée par cette rondelle est supérieure à celle résultant de la pression régnant dans le carter. Les segments et/ou les rondelles intercalaires peuvent être traités de sorte à être rendus autolubrifiant. Par ailleurs, les fentes peuvent être garnies avec un lubrifiant solide semi-rigide, et éventuellement polymérisé in situ. La figure 2 représente un segment 5a utilisé dans le joint selon l'invention Ce segment 5a est constitué de deux éléments annulaires 51a et 524, ces éléments étant continus selon la circonférence, c'est-à-dire ne comporte aucune discontinuité, telle qu'une fente radiale complète. Chaque élément est délimité entre deux bordures circulaires, intérieure et extérieure. Une pluralité de fentes ou encoches borgnes radiales 53a, 54a, etc., sont disposées sur ces éléments annulaires. Ces fentes sont régulièrement réparties sur la circonférence, s'étendent radialement, en suivant la circonférence dudit segment, alternativement à partir de la bordure intérieure et de la bordure extérieure. Comme il est indiqué à la figure 2, les éléments sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre, de telle sorte que chaque fente de l'un est étanchée par un secteur plein de l'autre situé entre deux fentes radiales. Les éléments annulaires sont calés l'un par rapport à l'autre par des moyens de calage non-représentés. Ces moyens de calage peuvent comprendre, par exemple, un point de soudure ou un ergot prévu sur un élément en relation avec un trou prévu dans l'autre élément. Ainsi, il est possible de s'assurer que chaque fente d'un élément est recouverte par un secteur plein de l'autre élément. Ces fentes servent de canalisations borgnes sur les faces de frottement des segments pour créer avec le fluide (liquide ou gaz) à étancher un film de glissement.En l'absence de ce film, les faces autolubrifiantes sont en contact. Ainsi, l'étanchéité est assurée de façon continue jusqu'à des vitesses linéaires aussi élevées que 150 m/s. Les éléments constitutifs des segments peuvent être usinés à la demande, par exemple par découpe laser dans une bande d'acier traité, sans outillage spécialisé. Ensuite, les faces planes de chaque élément sont rodées avec précision, et les diamètres utiles, intérieurs et/ou extérieur, sont obtenus par rectification ou rodage de leurs chants intérieur et/ou extérieur, avec des paquets de segments élémentaires empilés Les fentes présentent des largeurs de 0,2 à 0,3 mm ou plus, et des longueurs variables en fonction de la largeur radiale du segment. La largeur radiale, c'est-à-dire la dimension radiale comprise entre les bordures intérieure et extérieure peut être, par exemple, d'au moins 1/8ème du rayon de l'arbre sur lequel est monté le joint.Par ailleurs, ces fentes peuvent avoir des longueurs différentes selon le côté sur lequel elles débouchent. Ainsi, il peut être avantageux d'augmenter la distance ou longueur des fentes non débouchantes avec le diamètre à étancher, tandis que sur l'autre diamètre la distance est plus faible. Cette dernière disposition assure une meilleure étanchéité et l'uniformité des flexions sur la circonférence du diamètre à étancher. Par ailleurs, il apparaît clairement que selon le diamètre à étancher, (intérieur -arbre- ou extérieur carter), les fentes qui sont les plus profondes sont les fentes situées sur la bordure intérieure ou extérieure. Le segment peut comprendre plus de deux éléments, disposés les uns au contact des autres, ou seulement deux. Par ailleurs la répartition des fentes peut varier grandement par rapport au mode de réalisation indiqué à la figure 2. Les figures 3a et 3b décrivent le mode de réalisation selon lequel les fentes des éléments annulaires présentent une forme de L. La figure 3a représente un élément annulaire comportant des fentes en L. La figure 3b représente un segment composé de deux éléments annulaires, qui sont inversés puis superposés, les fentes non-visibles étant représentées en pointillés. Des formes différentes sont tout aussi appropriées dans le cadre de l'invention. La figure 4 décrit le mode de réalisation selon lequel chaque élément annulaire de chaque segment comporte une pluralité de fentes radiales borgnes qui s'étendent inégalement du diamètre intérieur et du diamètre extérieur selon que l'étanchéité est à obtenir sur le diamètre intérieur ou extérieur. Ces fentes radiales borgnes sont régulièrement réparties sur les circonférences intérieure et extérieure, alternativement. Dans le cas représenté à la figure 4, les éléments de segments présentent des fentes, dont la longueur de celles débouchant sur la bordure extérieure est supérieure à la longueur de celles débouchant sur la bordure intérieure. Dans le cas représenté à la figure 4, le diamètre à étancher est le diamètre extérieur. L'invention ainsi décrite est susceptible de nombreuses variantes aisément accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Joint tournant (1) destiné à être monté sur un arbre (2) et son carter (3a) pour assurer l'étanchéité entre ledit arbre et ledit carter, comprenant une pluralité de segments (5a, 5b, 5c) et de rondelles intercalaires (4a, 4b) disposées entre deux segments consécutifs, lesdites rondelles étant des rondelles pleines, et lesdits segments étant chacun constitués d'au moins deux éléments annulaires (51a, 52a) qui présentent des fentes radiales borgnes (53a, 54a) réparties sur leur circonférence et qui sont positionnés l'un par rapport à l'autre pour assurer le recouvrement desdites fentes. 2. Joint selon la revendication 1, qui comporte trois segments et deux rondelles intercalaires. 3. Joint selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque segment est constitué de deux éléments annulaires. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque élément annulaire de chaque segment comporte une pluralité de fentes radiales borgnes régulièrement réparties selon la circonférence dudit segment, s'étendant radialement à partir de la bordure intérieure et de la bordure extérieure, alternativement. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, qui comporte de plus une rondelle ondulée ou un ressort (6) à spires non-jointives, du côté où est exercée la pression. 6. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les segments et/ou les rondelles sont traités autolubrifiants, et/ou les éléments annulaires des segments possèdent des fentes garnies de lubrifiant solide ou polymérisé in situ. 7. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les segments sont montés avec un serrage élastique sur les diamètres de l'arbre et du carter, le serrage étant de préférence plus fort sur l'arbre que sur le carter. 8. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les segments sont positionnés latéralement à laide d'une cale pelable réglant le jeu de fonctionnement. 9. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les éléments de segments présentent des fentes ayant une forme de L. 10. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les éléments de segments présentent des fentes, dans lesquelles la longueur des fentes débouchant sur la bordure extérieure, respectivement intérieure, est supérieure à la longueur des fentes débouchant sur la bordure intérieure, respectivement extérieure.