Brevet FR2742837A1 — publié le 19970627

DISPOSITIF D'ETANCHEITE POUR ARBRE TOURNANT La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour arbre tournant, destiné à empêcher les fuites d'un moyen lubrifiant au niveau d'un palier supportant l'arbre d'une machine, ce dispositif comportant à cet effet, entre parties fixes et tournantes de la machine, un porte-joint monté de façon étanche sur une partie fixe, ce porte-joint portant au moins un premier joint annulaire entourant l'arbre et pourvu d'une lèvre d'étanchéité souple propre à assurer un contact étanche avec une portée tournante solidaire dudit arbre. Lorsqu'une fuite d'huile ou autre moyen lubrifiant est détectée sur un tel dispositif, il est nécessaire de démonter certaines pièces, notamment le porte-joint, afin de remplacer le joint defectueux par un joint neuf. En général, en effet, les fuites proviennent d'une usure ou autre détérioration de la lèvre du joint annulaire, quel que soit le soin avec lequel on réalise la portée tournante de l'arbre ; la fuite provient rarement d'une détérioration de cette portée. Le changement de joint n'en représente pas moins une operation prenant du temps et nécessitant une immobilisation plus ou moins longue de la machine équipée de l'arbre en question, ce qui peut représenter un inconvénient considérable, outre l'augmentation du coût de maintenance de la machine. Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients, et à cet effet un dispositf d'étanchéité du type défini au début est caractérisé en ce que ledit portejoint est monté axialement mobile sur ladite partie fixe et porte au moins un joint annulaire supplémentaire du type précité, le premier joint étant en contact frottant avec ladite portée, tandis que le ou les joints supplémentaires sont normalement hors de contact avec cette portée, un décalage axial d'amplitude déterminée dudit porte-joint mobile pouvant emmener ledit premier joint hors de contact avec ladite portée et amener le premier joint supplémentaire suivant en contact avec cette portée. Ainsi, dès qu'une fuite sera détectée, il suffira de provoquer le déplacement axial dudit porte-joint mobile pour mettre hors service le premier joint, supposé responsable de la fuite, et mettre en service le second joint (ou successivement les autres joints supplémentaires), ce qui ne nécessitera aucun demontage et en tout cas ne nécessitera la mise en oeuvre que d'opérations très simples et rapides, le gain de temps par rapport à celui nécessite par un démontage du porte-joint étant considérable. Pour empêcher le contact avec le joint usagé précédemment en service, de même qu'avec le joint supplémentaire suivant celui qui est en service, ce qui serait la cause de frottements inutiles, le dispositif de l'invention peut encore être caractérisé en ce que ladite portée tournante de l'arbre, propre à assurer le contact étanche avec la lèvre d' au moins l'un des joints annulaires, possède axialement, de part et d'autre d'une surface de portée proprement dite, une zone radialement en retrait, permettant de faire en sorte que la lèvre d'un seul joint à la fois soit en contact avec ladite surface de portée. Ce dispositif peut encore se caractériser en ce que ledit porte-joint axialement mobile est monté en tant que bague coulissante dans un porte-joint annulaire fixe solidaire desdites parties fixes de la machine, l'étanchéité entre porte-joint fixe et porte-joint mobile de même qu'entre porte-joint fixe et parties fixes étant assurée par des joints toriques, ce qui assure l'étanchéité à tous les niveaux, entre parties fixes et parties axialement mobiles de la machine. Le porte-joint mobile pourra être déplacé axialement et bloqué à la position voulue, par tout moyen approprié. Le dispositif pourra ainsi être encore caractérisé en ce que ledit porte-joint mobile comporte au moins une oreille accessible de l'extérieur et propre à être bloquée sur une partie fixe en au moins deux positions axialement décalées, dont une position pour laquelle un joint annulaire assure l'étanchéité avec ladite portée tournante de l'arbre, et une position pour laquelle le joint supplémentaire immédiatement suivant assure cette étanchéité. Il est particulièrement approprié de prévoir que ladite oreille du porte-joint mobile est disposée coulissante dans une fente axiale dudit porte-joint annulaire fixe et peut être bloquée dans au moins les deux dites positions axialement décalées par une clavette ou analogue apte à être enfilée dans un trou de ladite oreille et à traverser en même temps et sélectivement deux paires d'oreilles fixes, axialement décalées, dudit porte-joint fixe. Cette disposition présente l'avantage de la simplicité et aussi d'assurer un blocage en rotation du porte-joint mobile, que son oreille, guidée par ladite fente axiale, empêche de tourner à l'intérieur du porte-joint fixe. Dans un autre mode de réalisation on peut encore prévoir l'utilisation d'un vérin à vis pour assurer le déplacement du porte-joint axialement mobile. Le dispositif pourra alors être caractérisé en ce qu'il comporte un vérin à vis annulaire, monte sur ledit porte-joint annulaire fixe et propre à exercer une pression axiale sur ladite oreille du porte-joint mobile. Ce vérin annulaire pourra par exemple comporter d'une part une douille filetée montée sur ledit porte-joint annulaire fixe et calée en rotation par rapport à ce dernier, et d'autre part une bague exterieure vissée sur la douille filetée et propre, par sa rotation, à exercer une poussée axiale sur ladite oreille du porte-joint mobile, un circlips ou analogue pouvant limiter, selon sa position de blocage sur le porte-joint fixe, le déplacement axial de cette oreille. Selon une autre variante, on pourra utiliser un vérin annulaire à pression de fluide. Dans ce cas le dispositif pourra être caractérisé en ce que ledit porte-joint annulaire fixe présente intérieurement une chambre annulaire comportant un piston annulaire propre à exercer par une de ses extrémités une poussée sur ladite oreille du porte-joint mobile, son autre extrémité pouvant être soumise à la pression d'un fluide d'actionnement, un circlips ou analogue pouvant limiter, selon sa position de blocage sur le porte-joint fixe, le déplacement axial de cette oreille. Un tel dispositif peut alors être facilement automatisé, et se caractériser alors en ce qu'il comporte des moyens d'alimentation automatique de ladite chambre annulaire en fluide d'actionnement sous pression, ces moyens étant eux-mêmes commandés à partir d'un détecteur de fuites. Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs avec référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 représente deux demi-vues en coupe axiale d'un dispositif d'étanchéité pour arbre tournant conforme à l'invention ; - la figure la est une vue partielle extérieure de ce dispositif, en perspective - la figure 2 représente deux demi-vues en coupe axiale d'une variante à vérin à vis - la figure 2a est une vue partielle extérieure du dispositif de la figure 2 en perspective - la figure 3 représente deux demi-vues en coupe axiale d'une autre variante du dispositif, comportant un vérin à fluide d'actionnement ; et - la figure 3a montre schématiquement une commande automatique du dispositif de la figure 3. Dans toutes les figures on a désigné par les mêmes références les éléments identiques, analogues ou jouant le même rôle. L'arbre tournant a été référencé en 1, et en 2 une bague calée sur l'arbre en rotation et axialement, cette bague présentant à l'extérieur une surface de portée cylindrique soigneusement usinée 3. L'arbre est supporté par une partie fixe de machine 4 par l'intermédiaire de roulements 5. On note la présence, de part et d'autre de la surface de portée 3, de zones radialement en retrait, référencées 6 sur la figure 1. Sur la partie fixe 4 de la machine est fixé, par l'intermédiaire de vis d'axes 7, un porte-joint annulaire fixe 8 pourvu d'une fente axiale 9. De part et d'autre des deux extrémités de cette fente, ce porte-joint possède des paires d'oreilles, référencées 13a et 14a et percées de deux trous en vis-à-vis (visibles mais non référencés). Dans ce porte-joint fixe est monté coulissant, à la manière d'un piston, un porte-joint annulaire, donc axialement mobile, référence en 10 et dans une cavité cylindrique intérieure duquel sont fixés deux joints annulaires d'étanchéité, référencés respectivement 11 et 12, dont les lèvres d'étanchéité sont sollicitées radialement et vers l'inte- rieur par des joncs circulaires élastiques, respectivement 11a et 12a, ceci de façon connue. A son extrémité extérieure, le porte-joint mobile 10 porte une oreille 13 percée d'un trou et engagée dans la fente axiale précitée 9. Entre la partie fixe 4 et le porte-joint fixe 8 d'une part, ainsi qu'entre le porte-joint fixe 8 et le porte-joint axialement mobile 10 d'autre part, l'étanchéité est assurée par deux petits joints toriques, visibles mais non référencés. Ceci étant, on voit, dans la demi-vue en coupe supérieure de la figure 1, que seul le premier joint 11 assure l'étanchéité autour des parties tournantes, sa lèvre s'appliquant contre la surface de portée 3 de la bague 2. Le blocage du porte-joint mobile 10 dans cette position est assuré par une broche ou epingle 15 traversant les trous en regard des oreilles 13 et 13a, l'oreille 13 assurant par ailleurs le blocage en rotation du porte-joint mobile 10 par rapport au porte-joint fixe 8. Lorsqu'une fuite est détectee, due dans la plupart des cas à une usure ou à une détérioration de la lèvre du joint 11, il suffit de retirer l'épingle 15, de faire coulisser l'oreille 13 dans la fente 9 jusqu'à la position pour laquelle elle vient en regard des oreilles 14a, puis de rebloquer l'ensemle grâce à l'épingle 15, traversant alors l'oreille 13 et les oreilles 14a.Dans cette position, et comme visible sur la demi-vue en coupe inférieure de la figure 1, le joint supplémentaire 12 prend le relais du joint usagé 11, sa lèvre d'étanchéité venant à son tour au contact de la surface de portée 3 de la bague 2, tandis que la lèvre du joint 11 est emmenée hors de cette portée. En 16 on a représenté schématiquement et partiellement un outil en deux demi-coquilles permettant une manoeuvre commode du porte-joint mobile 10 dans le porte-joint fixe 8. Le coulissement est favorisé par la présence de portées teflonées 17 sur le porte-joint mobile. I1 est à noter en outre que pour limiter l'usure de la surface de portée 3 nonobstant la mise en oeuvre de deux joints d'étanchéité successifs 11, 12 (ou d'un plus grand nombre de joints), et pour le cas échéant éliminer une fuite provenant d'un défaut de la surface de portée 3, on décale légèrement, d'un écart axial noté en e, l'emplacement circulaire de cette surface 3 qui est en contact successivement avec la lèvre du joint 11 puis avec la lèvre du joint 12 ou des autres joints supplémentaires successifs. Cette mesure peut être adoptée quel que soit le mode de réalisa- tion : il suffira de faire en sorte que le décalage axial du porte-joint mobile 10 soit à chaque fois différent, de la valeur e, de la distance axiale qui sépare les lèvres de deux joints annulaires successifs. Dans le mode de réalisation de la figure 2, on utilise un vérin à vis pour exercer une poussée sur des oreilles 13 du porte-joint axialement mobile 10. A cet effet, on a engagé sur le porte-joint fixe 8 une douille filetée 18, par exemple en matière synthétique rigide, calée en rotation et axialement par rapport au porte-joint fixe 8. Pour ce faire, des pattes 19 aux extrémités de cette douille s'engagent dans des trous oblongs 20 du porte-joint fixe. Une bague 21 pourvue de saillies de prise 22 est vissée serrée (pour empêcher sa rotation intempestive) sur la douille filetée 18 et peut ainsi exercer, lors de sa rotation commandée (par exemple à l'aide d'un outil), une poussée axiale sur au moins deux oreilles 13, diamétralement opposées, du porte-joint mobile 10, avec interposition d'une rondelle à faible frottement 23. En cours de fonctionnement normal, le porte-joint mobile 10 peut être bloqué axialement par un circlips 24 encliqueté dans une gorge annulaire 25 du porte-joint fixe 8, pour la mise en oeuvre du premier joint 11, ou dans une autre gorge annulaire 26 du porte-joint fixe, pour la mise en oeuvre du joint supplémentaire 12 après mise hors service du précédent. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le porte-joint annulaire fixe 8 comporte une chambre annulaire 27 dans laquelle est monté coulissant un piston annulaire 28. Une extrémité dépassante de ce piston est en appui sur les oreilles 13 (au nombre de deux ou trois équi-angulairement réparties) du porte-joint axialement mobile 10. Le circlips 24 joue le même rôle que dans le mode de réalisa- tion précédent. Sur le porte-joint fixe 8 est visse un bouchon autoobturant 29 à soupape à bille par lequel on peut alimenter la chambre 27 en fluide d'actionnement sous pression, par exemple à l'aide d'une pompe à main. Lorsque le premier joint 11 est usé, il suffit de retirer le circlips 24, de le placer dans la gorge annulaire 26 et de brancher l'alimentation en fluide d'actionnement sous pression sur le bouchon 29, pour assurer le déplacement axial du porte-joint mobile 10, mettre hors service le joint 11 et en service le joint supplémentaire 12, ceci ne requérant, on le voit, qu'un minimum d'opérations. Ces opérations peuvent d'ailleurs être facilement automatisées, par exemple selon le schéma de la figure 3a un détecteur de fuite 30 situé à proximité de la lêvre du joint à surveiller peut fournir un signal visible, en 31, ainsi qu'un signal électrique à un amplificateur 32. Ce dernier peut alors commander automatiquement l'ouverture d'une électrovanne 33 située sur le circuit d'alimentation 34 du bouchon 29 en fluide sous pression. A partir du signal visuel 31, un opérateur peut aussi provoquer l'ouverture de l'électrovanne 33 en appuyant sur un bouton poussoir 35. Ces opérations ne nécessitent pas un arrêt de la machine. Il est à noter enfin qu'entre les porte-joints mobile 10 et fixe 8, les butées franches susdécrites pourraient à la rigueur être supprimées, avec mise en oeuvre de repères de position permettant d'observer visuellement et rapidement la situation de chacun des dispositifs équipés conformément à l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour arbre tournant, destiné à empêcher les fuites d'un moyen lubrifiant au niveau d'un palier (5) supportant l'arbre (1) d'une machine, ce dispositif comportant à cet effet, entre parties fixes (4) et tournantes (1) de la machine, un porte-joint (10) monté de façon étanche sur une partie fixe (8), ce portejoint portant au moins un premier joint annulaire (11) entourant l'arbre (1) et pourvu d'une lèvre d'étanchéité souple propre à assurer un contact étanche avec une portée tournante (3) solidaire dudit arbre, caractérisé en ce que ledit porte-joint (10) est monté axialement mobile sur ladite partie fixe (8) et porte au moins un joint annulaire supplémentaire (12) du type précité, le premier joint (11) etant en contact frottant avec ladite portée (3), tandis que le ou les joints supplémentaires (12) sont normalement hors de contact avec cette portée (3), un décalage axial d'amplitude déterminée dudit porte-joint mobile (10) pouvant emmener ledit premier joint (11) hors de contact avec ladite portée (3) et amener le premier joint supplémentaire suivant (12) en contact avec cette portée (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portée tournante (3) de l'arbre (1), propre à assurer le contact étanche avec la lèvre d'au moins l'un des joints annulaires (11, 12), possède axialement, de part et d'autre d'une surface de portée proprement dite (3), une zone radialement en retrait (6), permettant de faire en sorte que la lèvre d'un seul joint à la fois soit en contact avec ladite surface (3) de portée, empêchant le contact avec le joint usagé précédemment en service (11), de même qu'avec le joint supplémentaire (12) suivant celui qui est en service. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit porte-joint axialement mobile (10) est monté en tant que bague coulissante dans un portejoint annulaire fixe (8) solidaire desdites parties fixes (4) de la machine, l'étanchéité entre porte-joint fixe (8) et porte-joint mobile (10) de même qu'entre porte-joint fixe (8) et parties fixes (4) étant assurée par des joints toriques. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit porte-joint mobile (10) comporte au moins une oreille (13) accessible de l'extérieur et propre à être bloquée sur une partie fixe (8) en au moins deux positions axialement décalées, dont une position pour laquelle un joint annulaire (11) assure l'étanchéité avec ladite portée tournante (3) de l'arbre (1), et une position pour laquelle le joint supplémentaire immédiatement suivant (12) assure cette étanchéité. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite oreille (13) du porte-joint mobile (10) est disposée coulissante dans une fente axiale (9) dudit porte-joint annulaire fixe (8) et peut être bloquée dans au moins les deux dites positions axialement décalées. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite oreille (13) est adaptée à être déplacée manuellement dans ladite fente axiale (9) du porte-joint annulaire fixe (8) et peut être bloquée par une clavette ou analogue (15) apte à être enfilée dans un trou de ladite oreille (13) et à traverser en même temps et sélectivement deux paires d'oreilles fixes (13a, 14a), axialement décalées, dudit porte-joint fixe (8). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin à vis annulaire, monté sur ledit porte-joint annulaire fixe (8) et propre à exercer une pression axiale sur ladite oreille (13) du porte-joint mobile (10). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit vérin annulaire comporte d'une part une douille filetée (18) montée sur ledit porte-joint annulaire fixe (8) et calée en rotation par rapport à ce dernier, et d'autre part une bague extérieure (21) vissée sur la douille filetée (18) et propre, par sa rotation, à exercer une poussée axiale sur ladite oreille (13) du porte-joint mobile (10), un circlips ou analogue (24) pouvant limiter, selon sa position de blocage sur le porte-joint fixe (8), le déplacement axial de cette oreille (13). 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit porte-joint annulaire fixe (8) présente intérieurement une chambre annulaire (27) comportant un piston annulaire (28) propre à exercer par une de ses extrémités une poussée sur ladite oreille (13) du portejoint mobile (10), son autre extrémité pouvant être soumise à la pression d'un fluide d'actionnement, un circlips ou analogue (24) pouvant limiter, selon sa position de blocage sur le porte-joint fixe (8), le déplacement axial de cette oreille (13). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'alimentation automatique (32, 33, 34) de ladite chambre annulaire (27) en fluide d'actionnement sous pression, ces moyens étant eux-mêmes commandés à partir d'un détecteur de fuites (30). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit décalage axial du porte-joint mobile (10) est différent (de la valeur e) de la distance axiale qui sépare les lèvres de deux joints annulaires successifs (11, 12), de sorte que les lèvres desdits joints successifs ne portent pas au même emplacement de ladite portée (3).