Brevet FR2749910A1 — publié le 19971219

La présente invention est relative aux garnitures mécaniques d'étanchéité pour arbre tournant. De telles garnitures sont utilisées pour assurer l'étanchéité entre un arbre tournant et un support fixe traversé par celui-ci. Parmi ces garnitures, l'invention concerne celles qui comportent une bague d'étanchéité fixe, solidaire du support et en relation d'étanchéité avec celui-ci, une bague d'étanchéité mobile, tournant avec l'arbre et en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe, une douille mobile, solidaire de l'arbre et distante axialement de la bague d'étanchéité mobile, et des moyens élastiques d'un seul tenant, qui coopèrent avec la bague mobile et la douille mobile et qui sont agencés, d'une part, pour solliciter élastiquement dans le sens axial la bague mobile contre la bague fixe et, d'autre part, pour transmettre à la bague mobile le mouvement de rotation de l'arbre et de la douille mobile. Une telle garniture mécanique est décrite par exemple dans le document FR-A-2.594.519. Dans ce document, les moyens élastiques sont constitués par un soufflet axial comportant des extrémités annulaires de montage. Dans deux modes de réalisation décrits dans ce document, les extrémités annulaires du soufflet sont solidaires, respectivement, de la douille mobile et de la bague mobile, des moyens d'étanchéité étant prévus aux extrémités du soufflet, respectivement entre le soufflet et l'arbre, au niveau de la douille mobile, et entre le soufflet et la bague mobile, à l'autre extrémité. En fonctionnement, cette garniture donne toute satisfaction, mais elle est d'une structure et d'une fabrication relativement complexes, et par conséquent coûteuses. L'invention a pour but de perfectionner et de simplifier cette garniture sans nuire pour autant à ses caractéristiques fonctionnelles et avantages. A cet effet, la garniture selon l'invention est caractérisée en ce que les moyens élastiques sont constitués par une pièce unique comportant : une rondelle radiale ; des moyens de liaison, au moins dans une relation d'entraînement en rotation, entre la rondelle et l'une, première, desdites bague et douille mobiles ; et des branches axiales, portées par la rondelle radiale, formant des ondulations dans le sens axial et agencées pour coopérer par leur extrémité libre avec l'autre, seconde, desdites bague et douille mobiles au moins dans une relation d'entraînement en rotation. De préférence, cette pièce unique est en métal en feuille, notamment en acier inxoydable, usiné par exemple par électro-érosion par fil ou à la presse. Suivant un mode de réalisation préféré, la pièce unique comporte au moins deux branches régulièrement réparties, et de préférence trois branches à 1200. Par exemple, les branches partent du contour de la rondelle, de préférence du contour extérieur de celle-ci. Pour recevoir les extrémités libres desdites branches, ladite seconde desdites bague et douille mobiles présente par exemple une gorge annulaire sur sa face radiale tournée vers ladite première desdites bague et douille mobiles. La gorge présente avantageusement un épaulement ou rebord de retenue axiale de l'extrémité libre des branches repliée vers l'arrière. Dans cette réalisation, la douille mobile est solidarisée de l'arbre tournant par au moins une vis qui interfère avec ladite gorge pour coopérer avec l'extrémité libre de l'une au moins des branches dans une relation d'entraînement en rotation. Suivant un premier mode de réalisation desdits moyens de liaison, ceux-ci sont constitués par une seconde série de branches, plus courtes que les précédentes, de préférence alternées avec celles-ci, et coopérant avec des encoches axiales ménagées à la périphérie de ladite première desdites bague et douille mobiles ; les branches de cette seconde série présentent avantageusement une extrémité libre qui est repliée pour la retenue axiale entre la pièce unique et ladite première desdites bague et douille mobiles. Suivant un second mode de réalisation desdits moyens de liaison, ladite première desdites bague et douille mobiles présente, sur sa face de coopération avec la pièce unique, des encoches radiales pour la réception des pieds desdites branches axiales formant des ondulations. Avantageusement, dans cette réalisation, la rondelle radiale comporte, dans son plan et sur sa périphérie extérieure, des saillies de retenue axiale agencées pour venir se loger derrière un épaulement de ladite première desdites bague et douille mobiles. Avantageusement, pour éviter un jeu axial entre la pièce unique et la bague ou douille mobile qui la reçoit, le fond desdites encoches radiales et la face de retenue dudit épaulement sont axialement espacés d'une distance sensiblement égale à l'épaisseur de la rondelle radiale. Suivant un mode de réalisation préféré, la rondelle radiale coopère avec la bague mobile, tandis que les extrémités libres des branches axiales coopèrent avec la douille mobile. Dans une réalisation particulière, un joint annulaire d'étanchéité est disposé entre la bague fixe et le support traversé par l'arbre, et un joint annulaire d'étanchéité est disposé entre la bague mobile et l'arbre, de sorte qu'on se dispense de moyens d'étanchéité au niveau de la douille mobile ou de l'extrémité des moyens élastiques coopérant avec celle-ci. On comprendra bien l'invention à la lecture du complément de description qui va suivre et en référence aux dessins annexés qui font partie de la description et dans lesquels Fig. 1 est une coupe axiale, prise suivant la ligne I-I de la Fig. 2, d'une garniture mécanique d'étanchéité établie selon un mode de réalisation de l'invention Fig. 2 est une vue en coupe transversale de la garniture de la Fig. 1, prise suivant la ligne brisée II-II de cette Figure Fig. 3 est une vue axiale de la pièce unique formant ressort, cette pièce étant considérée à plat avant sa conformation Fig. 4 montre, à plus grande échelle, un détail de la Fig. 1 Fig. 5 est une vue axiale de la bague mobile d'étanchéité d'une garniture mécanique d'étanchéité établie selon un autre mode de réalisation de l'invention Fig. 6 est une coupe axiale éclatée montrant, d'une part, la bague mobile de la Fig. 5, dans le plan de coupe VI-VI et, d'autre part, la pièce unique ; et Fig. 7 est une vue axiale de la pièce unique formant ressort utilisée avec la bague mobile des Figs. 5 et 6, cette pièce unique étant considérée à plat avant sa conformation. On a représenté sur les Figs. 1 et 2 un arbre tournant 1 qui traverse un support fixe 2. L'espace 3 intérieur au support 2 renferme un fluide, par exemple de lubrification ou de fonctionnement, et la garniture est destinée à assurer l'étanchéité au passage de l'arbre 1 à travers le support 2. La garniture mécanique d'étanchéité comporte, de façon connue, une bague fixe 4, en relation d'étanchéité avec le support 2 par un joint annulaire 5 disposé entre la bague fixe et le support, une bague d'étanchéité mobile 6, tournant avec l'arbre 1 et en contact facial d'étanchéité avec la bague fixe, par coopération en 7 des faces radiales planes de la bague fixe et de la bague mobile, une douille mobile 8, solidaire de l'arbre 1 et distante axialement de la bague mobile 6, et des moyens élastiques 9 d'un seul tenant, qui coopèrent avec la bague mobile 6 et la douille 8 et qui sont agencés, d'une part, pour solliciter élastiquement dans le sens axial la bague mobile contre la bague fixe et, d'autre part, pour transmettre à la bague mobile le mouvement de rotation de l'arbre 1 et de la douille 8. L'arbre 1 traverse le support 2, la bague fixe 4 et la bague mobile 6 avec un jeu radial fonctionnel, et un joint annulaire d'étanchéité 10 est disposé entre la bague mobile 6 et l'arbre 1. L'étanchéité est ainsi assurée, au passage de l'arbre 1 à travers le support 2, par le joint 5, la bague fixe 4, la coopération en 7 de la bague fixe et de la bague mobile, la bague mobile elle-même et le joint 10. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens élastiques 9, constitués par une pièce unique, sont en métal en feuille, par exemple en acier inoxydable découpé par électro-érosion par fil, ce qui évite les amorces de fissuration. En variante, cette pièce unique pourrait être travaillée à la presse. On a représenté sur les Figs. 3 et 7 la pièce unique 9 telle qu'elle est obtenue après le découpage, c'est-à-dire à plat et avant sa conformation finale. Dans la réalisation des Figs. 1-4, la pièce 9 comporte une rondelle radiale circulaire 11 et deux séries de branches radiales 12,13 qui, après conformation par pliage, s'étendent dans la direction axiale générale de l'arbre 1. La rondelle radiale 11 est destinée à venir en contact facial avec la bague mobile 6 ou la douille mobile 8 ; dans le mode de réalisation adopté, la rondelle 11 est en contact avec la bague mobile 6. En varante, la rondelle 11 pourrait s'appuyer contre le joint 10 en saillie axiale par rapport à la bague 6. Les branches 12 sont courtes et sont destinées, après un premier pliage à 900, à venir coopérer avec des encoches axiales 14 ménagées à la périphérie de la bague mobile 6 et, après un second pliage à 900 à leur extrémité libre, à coopérer avec la face opposée de la bague 6 pour assurer une retenue axiale entre la pièce unique 9 et la bague 6. Les branches 13 sont beaucoup plus longues que les branches 12 et sont destinées, après pliage à 900 par rapport à la rondelle 11, et dans le sens axial opposé à celui du premier pliage des branches 12, à former des ondulations 15 dans le sens axial, leurs extrémités 16, qui se terminent de préférence par un doigt rétréci 17, étant reçues dans une gorge annulaire 18 ménagée sur la face radiale de la douille 8 qui est tournée vers la bague mobile 6. Comme montré au mieux sur la Fig. 4, la gorge 18 présente, près de sa sortie sur la face radiale de la douille 8, un épaulement ou rebord 19 de retenue axiale du doigt 17 replié vers l'arrière sensiblement à 450 par rapport à l'axe de l'arbre 1. Dans le mode de réalisation adopté, les branches 12,13 partent du contour extérieur de la rondelle 11 et, par conséquent, les encoches 14 sont ménagées sur la périphérie extérieure de la bague mobile 6. Les branches 12 et 13 des deux séries sont alternées, de préférence régulièrement, et chaque série comporte au moins deux branches régulièrement réparties, et de préférence trois branches à 1200 comme représenté sur les dessins. Du fait que la rondelle 11 est en contact facial avec la bague mobile 6, les branches 12 sont logées pratiquement totalement dans les encoches 14. La douille 8 est immobilisée sur l'arbre 1 par au moins une vis radiale 20 qui, de préférence, interfère avec la gorge 18 de manière à constituer une butée en rotation pour les extrémités 16 des branches 13 et à transmettre ainsi à la pièce 9 le mouvement de rotation de l'arbre 1. On prévoit en général deux vis 20, à 1200, pour deux des branches 13, mais on peut également prévoir une troisième vis 20 pour l'autre branche 13. En fonctionnement, la pièce unique 9, par ses ondulations 15, sollicite axialement la bague mobile 6 contre la bague fixe 4, en lui permettant de flotter légèrement dans le sens radial et en l'entraînant en rotation par les branches 12 et 13, à partir de l'arbre 1 et de la douille 8. Le mode de réalisation représenté sur les Figs. 5 à 7 ne diffère de celui des Figs. 1 à 4 que par les moyens de coopération entre la pièce unique 9 et la bague mobile 6. On ne répètera donc pas la description de la coopération des branches axiales 13 avec la douille mobile 8, cette dernière n'étant d'ailleurs pas représentée sur les Figs. 5 et 6. Dans ce second mode de réalisation, les moyens de liaison en rotation entre la pièce unique 9 et la bague mobile 6 sont constitués par les pieds 21 des branches axiales 13 elles-mêmes. Ces pieds sont la partie de liaison des branches 13 avec la rondelle radiale 11. Pour coopérer avec les pieds 21, la bague mobile 6 présente, sur sa face de coopération avec la pièce unique, des encoches radiales 22, de même largeur que les branches 13. Du fait que les pieds 21 des branches 13 sont logés dans les encoches 22, on réalise ainsi l'entraînement en rotation de la bague mobile 6 par la pièce unique 9 par les branches 13 elles-mêmes sans qu'il soit nécessaire, comme dans le mode de réalisation des Figs. 1 à 4, de prévoir des branches supplémentaires. De préférence, dans ce second mode de réalisation de l'invention, on prévoit également des moyens pour assurer la retenue axiale entre la bague mobile 6 et la pièce unique 9. Pour cela, la bague mobile 6 présente, du côté de la pièce unique 9, un rebord 23 qui définit, dans la bague 6, un épaulement radial 24 destiné à coopérer avec des saillies 25 qui sont prévues dans le plan de la rondelle 11 et sur la périphérie extérieure de celle-ci. Le rebord 23 présente un diamètre intérieur légèrement inférieur au diamètre extérieur des saillies 25, celles-ci venant se loger derrière le rebord 23, contre ltépaulement 24, par déformation élastique. De préférence, le fond des encoches radiales 22 et la face de retenue de l'épaulement 24 sont axialement espacés d'une distance sensiblement égale à l'épaisseur de la rondelle 11 pour que celle-ci soit reçue sans jeu et ne flotte donc pas. Il ressort de ce qui précède que la garniture mécanique d'étanchéité selon l'invention présente de nombreux avantages, en raison principalement de sa simplicité, et notamment les suivants : les tolérances de fabrication sont très larges pour tous les composants, sans que l'efficacité de la garniture en soit affectée ; la douille 8 n'ayant aucun rôle direct d'étanchéité, elle peut être obtenue par simple tournage ; la garniture est de préférence monobloc, ce qui évite les risques de casse et de libération lors du montage ; la garniture fonctionne pour les deux sens de rotation de l'arbre 1, du fait que, après un éventuel mouvement à vide, la pièce unique 9 vient buter contre une autre vis 20 ; les branches élastiques 13 permettent un débattement axial de la bague mobile sans aucun risque de coincement ; du fait que la bague mobile 6 est presque entièrement entourée par le fluide, son refroidissement est assuré, notamment au niveau de la zone de coopération 7 avec la bague fixe 4 ; la garniture est totalement ouverte, ce qui élimine le risque de blocage par le fluide ; et la bague mobile 6, du fait qu'elle peut flotter radialement, ne présente pas nécessairement un axe de symétrie. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit ; on pourrait au contraire concevoir diverses variantes sans sortir pour autant de son cadre. REVENDICATIONS 1. Garniture mécanique d'étanchéité pour un arbre tournant (1), comportant une bague d'étanchéité fixe (4), en relation d'étanchéité avec un support (2) traversé par l'arbre (1), une bague d'étanchéité mobile (6) tournant avec l'abre (1) et en contact facial (7) d'étanchéité avec la bague fixe (4), une douille mobile (8), solidaire de l'arbre et distante axialement de la bague d'étanchéité mobile, et des moyens élastiques (9) d'un seul tenant, qui coopèrent avec la bague mobile (4) et la douille mobile (8) et qui sont agencés, d'une part, pour solliciter élastiquement dans le sens axial la bague mobile contre la bague fixe et, d'autre part, pour transmettre à la bague mobile le mouvement de rotation de l'arbre et de la douille mobile, caractérisée en ce que les moyens élastiques (9) sont constitués par une pièce unique comportant : une rondelle radiale (11); des moyens (12,21) de liaison, au moins dans une relation d'entraînement en rotation, entre la rondelle et l'une, première, desdites bague et douille mobiles; et des branches axiales (13), portées par la rondelle radiale, formant des ondulations (15) dans le sens axial et agencées pour coopérer par leur extrémité libre (16,17) avec l'autre, seconde, desdites bague et douille mobiles au moins dans une relation d'entraînement en rotation. 2. Garniture selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce unique (9) est en métal en feuille, notamment en acier inoxydable découpé, par électro-érosion par fil ou travaillé à la presse. 3. Garniture selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les extrémités libres desdites branches (13) et/ou lesdits moyens de liaison (12,21) sont agencés pour assurer également une retenue axiale entre ladite pièce unique (9) et la douille mobile (8) et/ou la bague mobile (6). 4. Garniture selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pièce unique comporte au moins deux branches régulièrement réparties, et de préférence trois branches à 1200. 5. Garniture selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les branches partent du contour de la rondelle (11), de préférence du contour extérieur de celleci. 6. Garniture selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, pour recevoir les extrémités libres desdites branches, ladite seconde desdites bague et douille mobiles présente une gorge annulaire (18) sur sa face radiale tournée vers l'autre desdites bague et douille mobiles. 7. Garniture selon la revendication 6, caractérisée en ce que la gorge (18) présente un épaulement ou rebord (19) de retenue axiale de l'extrémité libre (17) desdites branches repliée vers l'arrière. 8. Garniture selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que la douille mobile (8) est solidarisée de l'arbre (1) par au moins une vis (20) qui interfère avec la gorge (18) pour coopérer avec l'extrémité libre (16,17) de l'une au moins desdites branches (13) dans une relation d'entraînement en rotation. 9. Garniture selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de liaison sont constitués par une seconde série de branches (12), plus courtes, de préférence alternées avec lesdites branches (13), et coopérant avec des encoches axiales (14) ménagées à la périphérie de ladite première desdites bague et douille mobiles. 10. Garniture selon la revendication 9, caractérisée en ce que les branches (12) de la seconde série présentent une extrémité libre repliée pour la retenue axiale entre la pièce unique et ladite première desdites bague et douille mobiles. 11. Garniture selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite première desdites bague et douille mobiles présente, sur sa face de coopération avec la pièce unique, des encoches radiales (22) de réception des pieds (21) desdites branches (13). 12. Garniture selon la revendication 11, caractérisée en ce que la rondelle radiale (11) comporte, dans son plan et sur sa périphérie extérieure, des saillies (25) de retenue axiale agencées pour se loger derrière un épaulement radial (24) de ladite première desdites bague et douille mobiles. 13. Garniture selon la revendication 12, caractérisée en ce que le fond desdites encoches radiales (22) et la face de retenue dudit épaulement (24) sont axialement espacés d'une distance sensiblement égale à l'épaisseur de la rondelle radiale (11). 14. Garniture selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la rondelle radiale (11) coopère avec la bague mobile (6) et les extrémités libres des branches axiales (13) coopèrent avec la douille mobile (8). 15. Garniture selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un joint annulaire d'étanchéité (5) est disposé entre la bague fixe (4) et le support (2), et un joint annulaire d'étanchéité (10) est disposé entre la bague mobile (6) et l'arbre (1).