Brevet FR2740194A1 — publié le 19970425

BAGUE D'ETANCHEITE RADIALE L'invention se rapporte à une bague d'étanchéité radiale comportant une bague d'appui et un joint plat en forme d'anneau de cercle, s'étendant essentiellement dans le sens radial, en matière première déformable de façon élastique, la bague d'appui et le joint plat étant reliés ensemble, le joint plat pouvant être précintré radialement du côté intérieur dans le sens d'un espace à rendre étanche et étant pourvu dans le sens axial, d'une part, d'un premier profilage de surface sur le côté opposé à l'espace à rendre étanche pour le refoulement de liquide de fuite dans l'espace à rendre étanche lors de la rotation de l'arbre à rendre étanche dans un premier sens de rotation, ce dernier profilage pouvant être mis sous précontrainte radiale contre l'arbre de façon étanche. Cette bague d'étanchéité radiale est connue par le document DE 36 07 662 A1. La bague d'étanchéité radiale est pourvue d'une garniture cylindrique, qui est conçue en forme de disque et qui se compose de polytétrafluoréthylène. Les surfaces du joint plat sont pourvues des deux côtés d'encoches entourant annulairement de façon concentrique, excentrique ou en spirale l'axe de l'arbre à rendre étanche, les encoches d'une surface de joint plat étant disposées entre les encoches de la surface de joint plat opposée. L'objectif, qui doit être atteint grâce à la bague d'étanchéité radiale déjà connue, consiste à ce que la flexibilité de la matière du joint plat doit être accrue. La bague d'étanchéité radiale doit pouvoir être utilisée de manière fiable avec une durée de vie importante. Les encoches pratiquées des deux côtés sur les surfaces du joint plat peuvent s'étendre en formant un angle droit ou en formant un angle aigu à 2 2740194 la surface du joint plat. Le polytétrafluoréthylène présente une bonne résistance aux milieux et constance thermique, ainsi qu'un bon comportement au glissement. Du fait que dans le sens axial des encoches sont prévues des deux côtés du joint plat, I'inconvénient des propriétés faiblement élastiques du polytétrafluoréthylène est partiellement compensé, de sorte que, par exemple, des arbres ne tournant pas absolument en rond, présentant par exemple un faible impact en hauteur, peuvent être rendus étanches de façon améliorée. Si les encoches pratiquées sur le côté orienté vers l'arbre à rendre étanche sont disposées en forme de spirale, une torsion de refoulement connue en soi du io milieu à rendre étanche s'établit dans le sens de l'espace à rendre étanche lors de la rotation de l'arbre à rendre étanche dans un sens de rotation. Afin d'accroître la force de pression du joint plat sur l'arbre et de compenser, au moins partiellement, la force radiale propre, diminuée par les encoches, de la lèvre d'étanchéité, un ressort de renvoi annulaire peut être disposé sur le côté opposé à l'arbre à rendre étanche de la lèvre d'étanchéité. Si une torsion de refoulement du milieu à rendre étanche est envisagée dans le sens de l'espace à rendre étanche, deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon différente sont nécessaires pour rendre étanche les extrémités axiales d'arbre d'un arbre pivotant autour de son axe, afin de prendre en compte des sens de rotation différents concernant les côtés frontaux des extrémités d'arbre. L'objectif de la présente invention est de perfectionner une bague d'étanchéité radiale du type mentionné au début de telle sorte que deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique puissent rendre étanches les extrémités d'un arbre opposées l'une à l'autre dans le sens axial, chacune des bagues à lèvres avec ressort devant effectuer une action de refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace à rendre étanche. La bague d'étanchéité radiale selon l'invention doit permettre en permanence une action de refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace à rendre étanche indépendamment de sa position de montage de la bague d'appui par rapport au boîtier et au sens de rotation de l'arbre à rendre étanche. 3 2740194 Cet objectif est atteint selon l'invention par une bague d'étanchéité radiale comportant une bague d'appui et un joint plat en forme d'anneau de cercle, s'étendant essentiellement dans le sens radial, en matière première déformable de façon élastique, la bague d'appui et le joint plat étant reliés ensemble, le joint plat pouvant être précintré radialement du côté intérieur dans le sens d'un espace à rendre étanche et étant pourvu dans le sens axial, d'une part, d'un premier profilage de surface sur le côté opposé à l'espace à rendre étanche pour le refoulement de liquide de fuite dans l'espace à rendre étanche lors de la rotation de l'arbre à rendre étanche dans un premier sens de rotation, ce dernier profilage de surface pouvant être mis sous précontrainte radiale contre l'arbre de façon étanche. Le joint plat est pourvu dans le sens axial, d'autre part, d'un deuxième profilage de surface, sur le côté opposé au premier profilage de surface pour le refoulement de liquide de fuite dans l'espace à rendre étanche lors de la rotation de l'arbre dans un deuxième sens de rotation en sens inverse du premier sens de rotation, en ce que le joint plat peut être précintré radialement du côté intérieur des deux côtés dans le sens axial et en ce que le deuxième profilage de surface peut être mis sous précontrainte radiale contre l'arbre de façon étanche. Il est alors avantageux que grâce à la disposition des profilages de surface des deux côtés du joint plat des arbres rotatifs sont à rendre étanches avec une et même bague, indépendamment de leur sens de rotation, une action de refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace à rendre étanche pouvant être en permanence obtenue. Au niveau économique, la configuration de la bague d'étanchéité radiale est particulièrement avantageuse du fait que les deux sens de rotation des arbres peuvent être rendus étanches par une bague d'étanchéité radiale identique, auquel cas un outil seulement est nécessaire pour la fabrication de la bague d'étanchéité radiale et le stockage est simplifié grâce à l'utilisation d'une bague d'étanchéité radiale seulement et le risque d'erreurs de montage lors du remplacement des bagues à lèvres avec ressort est minimisé. 4 2740194 Le joint plat de la bague d'étanchéité radiale est composé de préférence de PTFE (polytétrafluoréthylène). La bague d'étanchéité radiale est de ce fait résistante à la plupart des milieux à rendre étanches. Le PFTE présente en outre une bonne constance thermique, ainsi qu'un bon comportement au glissement. Un joint plat en PFTE est presque exempt d'usure, étant donné qu'après une certaine usure de départ la surface est vernie et de ce fait est très résistante. Le joint plat est de préférence mis contre l'arbre avec des premier et deuxième profilages de surface coïncidents. Il est alors avantageux que deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique puissent être à chaque fois appliquées aux extrémités opposées l'une de l'autre d'un arbre à rendre étanche, une des bagues à lèvres avec ressort entourant l'arbre de façon étanche avec le premier profilage de surface et l'autre bague d'étanchéité radiale l'entourant avec le deuxième profilage de surface et les propriétés de refoulement du milieu à rendre étanche étant coïncidentes dans le sens de l'espace à rendre étanche grâce aux mêmes profilages de surface - concernant la surface de l'arbre. Pour des applications, dans lesquelles dans la zone des deux extrémités d'arbre un effet de refoulement variable, de force différente est souhaité, puis par exemple, lorsque le milieu à rendre étanche présente le long de l'arbre à rendre étanche une viscosité variable du fait d'une chute de température, il peut être par contre avantageux que les deux profilages de surface puissent être formés en se différenciant l'un de l'autre, afin de réaliser des effets de refoulement différents les uns des autres. Le profilage de surface peut être formé à chaque fois par des évidements circulaires en forme de rainure, auquel cas les évidements et les cavités de l'arbre limitent une section essentiellement en forme de triangle et les limitations axiales des évidements opposées à l'espace à rendre étanche sont disposées essentiellement perpendiculairement à l'axe de l'arbre. Afin d'obtenir un effet de refoulement dans le sens de l'espace à rendre étanche, les évidements des profilages de surface respectifs sont formés en passant les uns dans les autres de façon hélicoïdale, auquel cas pendant l'utilisation es 2740194 conforme de la bague d'étanchéité radiale de préférence au moins deux spires complètes du joint plat touchent l'arbre de façon étanche. Une configuration de ce type s'est révélée avantageuse en ce qui concerne une bonne action de refoulement même avec un faible nombre de tours de l'arbre rotatif. Les évidements qui forment le premier et le deuxième profilage de surface sont de préférence limités par des barrettes qui, vues en coupe, présentent une épaisseur de matière essentiellement correspondante. Les évidements sont de préférence créés en évitant d'employer des procédés d'usinage par enlèvement, par exemple par estampage ou du fait que les évidements sont déjà formés dans le joint plat lors du façonnage. Il est alors avantageux que le joint plat résiste, sans détériorations, à un très grand nombre de cycles d'effort, étant donné que les effets d'entaille dans la zone des évidements sont réduits en comparaison des procédés d'usinage par enlèvement. La fabrication du joint plat est simplifiée par l'épaisseur de matière essentiellement correspondante des barrettes. Une configuration de ce type évite de façon fiable une accumulation de matière non souhaitée, laquelle est désavantageuse sur le plan de la technique de fabrication et en considération de bonnes propriétés d'emploi. La bague d'appui peut être formée d'une seule pièce en s'emboîtant, se composer d'une matière première dure et présenter une partie en saillie axiale et radiale. La bague d'appui se compose de préférence d'une matière première métallique et est formée par une bague en tôle. L'ensemble de la bague d'étanchéité radiale peut de ce fait être fabriquée d'une manière comparativement simple et peu coûteuse. La bague d'appui est de préférence enveloppée essentiellement complètement de matière première élastomère, la matière première élastomère, qui entoure la partie en saillie axiale radialement sur l'extérieur, étant conçue comme une étanchéification de boîtier agissant de façon statique. La partie en saillie axiale et la matière première élastomère entourant sur la circonférence extérieure la partie en saillie axiale sont comprimées dans lI'alésage d'un boîtier entourant l'arbre, auquel cas la bague d'appui et la matière première élastomère sont disposées sous précontrainte radiale à 6 2740194 l'intérieur du boîtier. Le revêtement intégral de la bague d'appui d'une matière première élastomère réalise une protection anticorrosive parfaite de la bague d'appui, de sorte que pour la fabrication de la bague d'appui il est possible d'employer par exemple des matières premières métalliques peu coûteuses. La matière première élastomère, qui entoure sur sa circonférence la partie en saillie axiale dans le sens radial, réalise aussi une isolation supplémentaire parfaite contre les chocs, qui profite à une durée d'utilisation longue de la bague d'étanchéité radiale. Des mouvements d'un arbre tournant faux-rond et / ou d'un boîtier vibrant ne sont de ce fait pas directement transmis au joint plat. io Ceci est ensuite particulièrement significatif, lorsque celui-ci se compose de PTFE, étant donné qu'un joint plat se composant de matière première de ce type présente en principe des propriétés élastiques plus faibles que celles d'un joint plat en matière élastomère configuré de façon correspondante. Les déformations présentes sur le joint plat en PTFE restent limitées au minimum grâce à l'enveloppe, qui est disposée dans le sens radial entre la partie en saillie axiale et le boîtier limitant l'alésage, des propriétés d'utilisation parfaites pendant une longue durée d'utilisation étant dues à cela. Afin de compléter les effets avantageux susmentionnés de la matière première élastomère sur le joint plat, il est de préférence prévu que la partie en saillie radiale du joint plat soit disposée de façon contiguâ avec un écartement axial et que la fente axiale formée par l'écartement soit intégralement remplie de matière première élastomère et que le joint plat et la matière première élastomère soient reliés de façon adhésive. Une liaison adhésive peut par exemple avoir lieu grâce à une vulcanisation des deux parties ensemble ou par leur collage. La bague d'étanchéité radiale est disposée aussi bien dans le sens axial que dans le sens radial en étant isolée des vibrations à l'intérieur de son espace de montage, I'isolation contre les vibrations étant due à l'élasticité propre du joint plat et à la matière première élastomère, qui entoure la bague d'appui. En vue d'obtenir une liaison adhésive fiable du joint plat à la bague d'appui ou à son enveloppe en matière première élastomère, les profilages de 7 2740194 surface du joint plat s'étendent de préférence à chaque fois dans le sens radial vers l'extérieur seulement jusqu'à la limite intérieure radiale de la bague d'appui. La partie du joint plat s'étendant essentiellement dans le sens radial pendant le montage ne présente pas en conséquence de profilage de surface. Deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique, de la technique décrite auparavant, sont utilisées de préférence pour l'étanchéification d'un arbre traversant un espace à rendre étanche dans la zone de ses deux extrémités d'arbre. Deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique peuvent être utilisées pour l'étanchéification d'un io arbre à cames d'une machine à combustion interne, dans laquelle une des bagues à lèvres avec ressort entoure à chaque fois de façon étanche les extrémités de l'arbre à cames opposées l'une à l'autre dans le sens axial. Pour des applications, dans lesquelles un arbre doit être rendu étanche dans la zone de ses extrémités axiales, auquel cas l'espace à rendre étanche se trouve dans le sens axial entre les extrémités d'arbre, une bague d'étanchéité radiale est nécessaire pour l'étanchéification, laquelle bague entoure de façon étanche les extrémités d'arbre sur la circonférence. Grâce à la configuration selon l'invention de la bague d'étanchéité radiale, deux bagues d'étanchéité conçues de façon identique peuvent entrer en application bien que l'arbre à rendre étanche, qui pivote autour de son axe, pivote en sens contraire, vu à chaque fois depuis l'espace à rendre étanche en direction de l'extrémité d'arbre. Malgré la structure identique des bagues à lèvres avec ressort utilisées, conçues de façon identique, une étanchéification fiable et un refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace à rendre étanche sont garantis. De plus, les joints plats sont précintrés dans la zone de leur limitation intérieure à chaque fois dans le sens de l'espace à rendre étanche, auquel cas le premier profilage de surface de la première bague d'étanchéité radiale et le deuxième profilage de surface de la deuxième bague d'étanchéité radiale conçue de façon identique entourent à chaque fois de façon étanche sur la circonférence l'arbre pivotant autour de son axe. Dans cet exemple de réalisation, les profilages de surface présentent une configuration 8 2740194 correspondante, lorsqu'ils touchent l'arbre de façon adjacente. Il en résulte un effet de refoulement correspondant à partir de chacune des bagues à lèvres avec ressort dans le sens de l'espace à rendre étanche. Du fait que la capacité de refoulement des deux bagues à lèvres avec ressort coïncide, le danger n'existe pas que le milieu à rendre étanche déborde vers les espaces environnants au niveau du joint plat à refoulement comparativement plus faible. Un exemple de réalisation de joint radial selon l'invention est encore expliqué dans la suite du document à l'aide des dessins joints. La figure 1 représente un exemple de réalisation de la bague d'étanchéité radiale selon l'invention dans sa forme inhérente à la fabrication. La figure 2 représente la bague d'étanchéité radiale de la figure 1 à l'état monté, I'arbre à rendre étanche pivotant autour de son axe dans un premier sens de rotation relatif. La figure 3 représente la bague d'étanchéité radiale de la figure 1 à l'état monté, I'arbre, par rapport au montage de la bague d'étanchéité radiale, pivotant dans un deuxième sens de rotation autour de son axe, qui est opposé au premier sens de rotation de la figure 2. La figure 4 représente l'étanchéification d'un arbre pivotant autour de son axe dans la zone de ses extrémités d'arbre, les bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique limitant dans le sens axial l'espace à rendre étanche. Sur la figure 1 est représenté un exemple de réalisation d'une bague d'étanchéité radiale, qui se compose essentiellement d'une bague d'appui 1, d'une matière première 20 élastomère entourant essentiellement complètement la bague d'appui 1 et d'un joint plat 2 en PTFE. Le joint plat 2 est conçu essentiellement lisse et présente des deux côtés, depuis la limitation 22 radialement intérieure de la bague d'appui 1 dans le sens radial vers l'intérieur dans le sens axial, à chaque fois un profilage de surface 6, 8. Le joint plat 2 peut être cintré des deux côtés dans la zone des profilages de surface 6, 8 dans le sens axial, afin de pouvoir entourer sur la circonférence un arbre 4 à rendre étanche. Les deux profilages de surface 6, 8 sont conçus de telle 9 2740194 manière qu'ils garantissent un refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace 3 à rendre étanche, lorsqu'ils sont en prise étanche avec un arbre 4 pivotant autour de son axe 13. Les profilages de surface 6, 8 sont conçus à chaque fois en forme de d'hélice. La bague d'appui 1 est - vue en coupe - conçue essentiellement en forme de T et présente une partie en saillie axiale 18 et une partie en saillie radiale 19. Les deux parties en saillie 18, 19 sont, dans cet exemple de réalisation, entourées essentiellement complètement de matière première 20 élastomère, ce qui induit une protection anticorrosive parfaite. La matière première 20 élastomère, qui entoure sur l'extérieur la partie en saillie axiale 18 de façon radiale, est profilée en forme de rainure sur le côté opposé à la partie en saillie axiale 18. Grâce à une configuration de ce type, les tolérances de diamètre de l'alésage du boîtier 23, d'une part, et/ou les tolérances de diamètre de la bague d'appui 1, d'autre part, sont compensées. La matière première 20 élastique réalise une disposition à absorption des vibrations de la bague d'étanchéité radiale entre le boîtier 23 et un arbre 4 à rendre étanche, les propriétés d'absorption des vibrations influençant positivement la durée d'utilisation du joint plat 2 composé de PTFE. Les déformations du joint plat 2 sont de ce fait réduites, ainsi que les symptômes de fatigue, de sorte que des propriétés d'utilisation améliorées pendant une plus longue durée d'utilisation sont inhérentes. Sur la figure 2, la bague d'étanchéité radiale de la figure 1 est enfoncée dans l'alésage d'un boîtier 23 et entoure l'arbre 4 pivotant autour de son axe 13 sur la circonférence. L'espace à rendre étanche est caractérisé par le chiffre de référence 3, alors que le côté aval est pourvu du chiffre de référence 24. L'arbre 4 tourne vers la droite dans cet exemple de réalisation, de sorte qu'il en résulte une action de refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace 3 à rendre étanche. La bague d'étanchéité radiale de la figure 1 est représentée sur la figure 3, la bague d'étanchéité radiale correspondant à la réalisation de la figure 2 étant disposée également dans l'alésage d'un boîtier 23 et entourant de façon 2740194 étanche l'arbre 4 pivotant autour de l'axe 13 avec le deuxième profilage de surface 8 du joint plat 2. Contrairement à l'exemple de réalisation de la figure 2, l'arbre 4 tourne dans un deuxième sens de rotation 7 en sens inverse du premier sens de rotation 5, donc à gauche. La disposition avantageuse à absorption des vibrations de la bague d'étanchéité radiale existe aussi ici. Sur la figure 4 est représenté un arbre 4, qui est rendu étanche dans la zone de ses extrémités opposées de façon axiale grâce à chaque fois à une bague d'étanchéité radiale conçue de façon identique. L'espace 3 à rendre étanche est limité dans le sens axial par les bagues à lèvres avec ressort. Les joints plats 2 des bagues à lèvres avec ressort entrées en application sont à chaque fois précintrés dans le sens de l'espace 3 à rendre étanche et mettent en contact l'arbre 4 avec le premier et le deuxième profilage de surface 6, 8. La disposition des bagues à lèvres avec ressort réalise à chaque fois une action de refoulement du milieu à rendre étanche dans le sens de l'espace 3 à rendre étanche, de sorte qu'une fuite est évitée dans tous les cas de façon fiable. [!1 REVENDICATIONS 1. Bague d'étanchéité radiale comportant une bague d'appui et un joint plat en forme d'anneau de cercle, s'étendant essentiellement dans le sens radial, en matière première déformable de façon élastique, la bague d'appui et le joint plat étant reliés ensemble, le joint plat pouvant être précintré radialement du côté intérieur dans le sens d'un espace à rendre étanche et étant pourvu dans le sens axial, d'une part, d'un premier profilage de surface sur le côté opposé à l'espace à rendre étanche pour le refoulement de liquide de fuite dans l'espace à rendre étanche lors de la rotation de l'arbre à rendre étanche dans un premier sens de rotation, ce dernier profilage de surface pouvant être mis sous précontrainte radiale contre l'arbre de façon étanche, caractérisée en ce que le joint plat (2) est pourvu dans le sens axial, d'autre part, d'un deuxième profilage de surface (8, 6), sur le côté opposé au premier profilage de surface (6, 8) pour le refoulement de liquide de fuite dans l'espace (3) à rendre étanche lors de la rotation de l'arbre (4) dans un deuxième sens de rotation (7, 5) en sens inverse du premier sens de rotation (5, 7), en ce que le joint plat (2) peut être précintré radialement du côté intérieur des deux côtés dans le sens axial et en ce que le deuxième profilage de surface (8, 6) peut être mis sous précontrainte radiale contre l'arbre (4) de façon étanche. 2. Bague d'étanchéité radiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint plat (2) se compose de PTFE. 3. Bague d'étanchéité radiale selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le joint plat (2) peut être mis contre l'arbre (4) avec un premier et un deuxième profilage de surface (6, 8) coïncidents. 4. Bague d'étanchéité radiale selon la revendication 3, caractérisée en ce que les profilages de surface (6, 8) sont formés à chaque fois par des o.. évidements (9, 10) circulaires, en forme de rainure, en ce que les évidements (9, 10) et l'arbre (4) limitent des cavités (11, 12) de coupe transversale 12 2740194 essentiellement triangulaire et en ce que les limitations axiales des évidements (9, 10), opposées à l'espace (3) à rendre étanche, sont disposées essentiellement perpendiculairement à l'axe (13) de l'arbre (4). 5. Bague d'étanchéité radiale selon la revendication 4, caractérisée en ce que les évidements (9, 10) sont conçus de manière à se fondre les uns dans les autres de façon hélicoïdale et en ce que pendant l'utilisation conforme de la bague d'étanchéité radiale au moins deux spires complètes (14, 15, 16, 17) du joint plat (2) touchent l'arbre (4) de façon étanche. 6. Bague d'étanchéité radiale selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisée en ce que les évidements (9, 10), qui forment le premier et le deuxième profilage de surface (6, 8), sont limités par des barrettes (18) qui, vues en coupe, présentent une épaisseur de matière essentiellement correspondante. 7. Bague d'étanchéité radiale selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la bague d'appui (1) est conçue en s'emboîtant d'une seule pièce, se compose d'une matière première dure et présente une partie en saillie axiale (18) et une partie en saillie radiale (19). 8. Bague d'étanchéité radiale selon la revendication 7, caractérisée en ce que la bague d'appui (1) est enveloppée essentiellement complètement de matière première (20) élastomère et en ce que la matière première (20) élastomère, qui entoure la partie en saillie axiale (18) sur l'extérieur de façon radiale, est conçue comme un joint de boîtier agissant de façon statique. 9. Bague d'étanchéité radiale selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que la partie en saillie radiale (19) est disposée de façon contigué au joint plat (2) avec un écartement axial, en ce que la fente axiale (21) formée par l'écartement est complètement remplie de matière première (20) élastomère et en ce que le joint plat (2) et la matière première (20) élastomère sont reliés de façon adhésive. 10. Bague d'étanchéité radiale selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que les profilages de surface (6, 8) s'étendent à chaque fois 13 2740194 dans le sens radial vers l'extérieur uniquement jusqu'à la limitation (22) radiale interne de la bague d'appui (1). 11. Utilisation de deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique selon l'une des revendications 1 à 10, pour l'étanchéification d'un arbre (4) traversant un espace (3) à rendre étanche dans la zone de ses deux extrémités d'arbre. 12. Utilisation de deux bagues à lèvres avec ressort conçues de façon identique selon la revendication 11 pour l'étanchéification d'un arbre à cames d'une machine à combustion interne, une des bagues à lèvres avec ressort o10 entourant à chaque fois de façon étanche les extrémités de l'arbre à cames opposées l'une à l'autre dans le sens axial.