Brevet FR2772105A1 — publié le 19990611

DISPOSITIF D'ÉTANCHÉITÉ POUR UN CAPTEUR ROTATIF INCREMENTAL DESCRIPTION Cette invention concerne un dispositif d'étanchéité pour un capteur rotatif incrémental disposé entre des parties fixe et tournante d'un ensemble mécanique et notamment d'une machine-outil. L'abondante lubrification qui est nécessaire dans la plupart des opérations d'usinage est susceptible de souiller l'environnement de la machine et ses organes de commande : il est donc nécessaire de prévoir divers dispositifs d'étanchéité ou de protection, dont font partie les joints d'étanchéité incorporés aux machines entre certaines des pièces qui les composent. Rien n'est toutefois prévu pour protéger les objets qui sont juxtaposés, adjoints ou incorporés à la machine après sa construction. C'est le cas de capteurs rotatifs disposés entre les parties fixe et tournante d'une machine, qui tétaient pas prévus à l'origine et dont le but est de mesurer la position pendant la rotation de la partie tournante avec la précision souhaitée. Le capteur peut être enfermé dans un alvéole disposé à la jonction des parties fixe et tournante, mais du lubrifiant finit par s'y infiltrer. Le sujet de l'invention est donc un dispositif d'étanchéité utilisable dans ce cas particulier. Sous sa forme la plus générale, l'invention a ainsi pour sujet un dispositif d'étanchéité pour un capteur rotatif incrémental disposé entre une partie fixe et une partie tournante d'un ensemble mécanique dans un alvéole fermé par un couvercle et s'étendant de part et d'autre d'une surface de jonction entre la partie fixe et la partie tournante, le capteur étant relié par un axe et un boitier -qui le composent- aux parties fixe et tournante, caractérisé en ce que le couvercle est pourvu de moyens d'étanchéité, une face du boîtier à travers laquelle l'axe pénètre dans le boîtier est couverte par un agencement d'étanchéité comprenant un capot étanche appuyé sur la face du boîtier autour de l'axe, et des enveloppes de protection entourent l'axe. Plusieurs perfectionnements sont possibles dans cette définition générale : le capot d'étanchéité peut ainsi être appuyé par un joint d'étanchéité élastique comprimé entre le capot et une pièce de contre-appui. Un joint peut être ajouté entre deux des enveloppes respectivement solidaires de la partie fixe et de la partie tournante ; enfin une rondelle d'étanchéité peut être installée dans l'alvéole devant la surface de jonction entre les parties fixe et tournante de la machine. On limite donc fortement l'entrée du lubrifiant dans l'alvéole, sans cependant vouloir forcément l'interdire ; mais ce lubrifiant ne peut pas atteindre l'axe du codeur, où il pourrait couler pour s'introduire dans le boîtier ; il ne peut que couler sur des portions continues de la surface du boîtier et les éclabousser avant de s'écouler ailleurs. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes, qui décrivent l'invention et son contexte technique à titre illustratif, d'autres applications étant possibles pour d'autres capteurs et d'autres machines la figure 1 est une vue partielle d'une machine outil et d'un capteur rotatif ajouté à celle-ci la figure 2 est une vue éclatée du même ensemble mécanique transformé pour recevoir l'invention ; et la figure 3 est une vue d'ensemble du nouvel ensemble mécanique. La machine-outil de la figure 1 comprend un moyeu central 1 auquel est attachée une pièce non représentée à usiner, et qui est vissé sur un plateau tournant 2 en obstruant un évidement central 3 de celui-ci. Le plateau 2 est soutenu par un pivot central 4 de la machine-outil par l'intermédiaire d'un mécanisme de guidage 5 comprenant des butées de roulement et reposant sur une collerette 6 du pivot 4. Une extrémité de sommet 7 du pivot 4 s'étend dans le bas de l'évidement 3 avec un certain jeu, et le pivot 4 est percé d'un évidement 8 formant un alvéole avec celui 3 du plateau 2. La machine-outil est pourvue d'un système de lubrification du mécanisme d'entraînement par un canal 9 traversant le pivot 4 et s'étendant jusqu'à son sommet 7, sur lequel il débouche. Le lubrifiant s'écoule alors sur le sommet 7 vers l'extérieur pour graisser le mécanisme de guidage 5. C'est dans l'évidement 8 qu'on décida d'installer un capteur rotatif entre le plateau 2 et le pivot 4 afin de profiter de la présence de l'alvéole à la jonction de ces deux pièces. Le capteur 11 comprend un boîtier 12 inférieur logé dans l'évidement 8 et un axe 13 pénétrant dans le boîtier 12 par sa face supérieure 14 et s'étendant au-dessus du boîtier 12 jusqu'au niveau du moyeu central 1. Le boîtier 12 est fixé au pivot 4 alors que l'axe 13 tourne avec le moyeu 1 et le plateau 2 et s'étend dans leur axe de rotation. L'environnement du capteur fut alors complété par des pièces qui modifièrent l'aspect de cette partie de la machine. C'est ainsi qu'un couvercle 15 vissé au moyeu 1 ferme désormais l'accès aux évidements 3 et 8 et protège le capteur 11 du lubrifiant qui tomberait directement sur lui après avoir arrosé la pièce usinée, montée sur le moyeu 1, et l'outil de coupe ; de plus, le boîtier 12 est vissé à un chapeau 16 ajusté avec peu de jeu dans l'évidement 8 du pivot 4 et qui comprend un rebord extérieur 17 posé sur le sommet 7 du pivot 4 et vissé à lui. Des joints toriques d'étanchéité 18 et 19 sont disposés entre le couvercle 15 et le moyeu 1 et entre le chapeau 16 et la face interne du pivot 4 et s'ajoutent à un joint torique 20 déjà existant entre le moyeu 1 et le plateau 2. On voit que la circulation de lubrifiant dans l'alvéole ainsi obstrué devint beaucoup plus malaisée, mais l'expérience a prouvé que des infiltrations étaient toujours susceptibles de souiller le capteur 11 tôt ou tard et de l'endommager définitivement ou du moins d'imposer un démontage et un arrêt correspondant de la machine-outil pour le nettoyer. Les mesures prises avec l'invention pour rétablir l'étanchéité de cet ensemble mécanique sont illustrées à la figure 2. Il faut tout d'abord que le couvercle 15 soit entièrement continu, et les trous taraudés d'extraction 25 qu'on peut être amené à usiner sont borgnes et établis pour cela à la périphérie du couvercle 15, où l'épaisseur est plus forte. De plus, des rondelles de cuivre 26 sont installées au fond de lamages 27 de réception des têtes 28 des vis 29 de fixation du couvercle 15 au moyeu 1, ce qui empêche les infiltrations de lubrifiant le long des vis 29. Un joint torique 56 monté sous le couvercle 15 et comprimé contre le noyau 1 complète l'étanchéité des rondelles 26. Les dommages au capteur 11 se produisent cependant si du lubrifiant parvient sur la face supérieure 14 du boîtier 12 puis y entre par le trou de passage de l'axe 13. La représentation éclatée adoptée ici permet de voir que l'axe 13 est formé à cet endroit d'un bout d'axe 30 vendu avec le boîtier 12 et que la plus grande partie de l'axe 13 est formée d'un axe séparé 31, particulier à chaque utilisation du capteur 11 et qui est d'ailleurs construit par l'utilisateur. L'axe séparé 31 comprend un épaulement inférieur 32 servant de butée à un manchon d'accouplement 33 entre l'arbre séparé 31 et le bout d'arbre 30, qui consiste en un ressort à spires 34 monté entre deux bagues 35 et 36 et dont le diamètre à l'état libre est légèrement inférieur à celui du bas de l'arbre séparé 31 et du bout d'axe 30 : il suffit d'ouvrir le ressort 34 en tordant le manchon 33 et de l'enfiler autour du bas de l'axe séparé 31 et du bout d'axe 30 avant de le relâcher pour que le ressort 33 s'ajuste étroitement sur ces pièces et les maintienne mutuellement. Conformément à l'invention, on ajoute un capot d'étanchéité 37 qu'on pose sur la face supérieure 14 du boîtier 12 ; il peut être centré sur le boîtier 12 par l'emboîtement d'une collerette inférieure 38 qu'il comporte et d'une cuvette 39 circulaire prévue à l'origine sur la face supérieure 14, ou par tout autre moyen, et un joint torique 40 est comprimé entre la face supérieure 14 et le capot d'étanchéité 37. Un joint à lèvres 41 est comprimé entre le manchon d'accouplement 33, qui forme une portion épanouie de l'axe 13, et le capot d'étanchéité 37 (dans un lamage duquel il est logé) ; il comprend une lèvre intérieure 42 établissant l'étanchéité avec l'arbre séparé 31 et une lèvre inférieure 43 établissant l'étanchéité avec le capot d'étanchéité 37. Il s'agit d'un joint tournant entraîné par le bout d'axe 30 et frottant sur le capot 37. Des vis 44 de fixation du boîtier 12 au chapeau 16 assurent la compression du capot 37 et du joint torique 40. Comme de plus le chapeau 16 est formé avec un rebord inférieur 45 entourant la face supérieure 14 du boîtier 12 et abritant donc le capot d'étanchéité 37 et le joint à lèvres 41 sous un logement du chapeau 16, les infiltrations de lubrifiant vers le bout d'arbre 30 par projection et en coulant le long du chapeau 16 sont contrariées. Les écoulements originaires du sommet 7 et du pivot 4 sont d'ailleurs réduits par l'installation d'une rondelle 46 dite de précharge, comprimée entre le sommet 7 et le rebord externe 17 du chapeau 16 à l'intérieur du cercle du canal 9, dont l'huile est ainsi incitée à s'écouler exclusivement vers l'extérieur et le mécanisme de guidage 5 avant de rejoindre le système de lubrification par une autre voie que l'évidement 8. L'axe séparé 31 s'étend vers le haut jusqu'à une pince d'accouplement 47 formée essentiellement de lames 48 incurvées, les unes vers l'extérieur et les autres vers l'intérieur, pour serrer le sommet de l'axe séparé 31 et un perçage 49 du moyeu 1, unissant ainsi ces deux pièces. La pince d'accouplement 47 permet donc d'imposer à l'axe 13 des rotation équivalente à celle du moyeu 1. Elle est posée sur une collerette 50 de l'axe séparé 31. On remarque que l'axe 13 n'est jamais nu dans l'alvéole formé par les évidements 3 et 8 (sauf éventuellement tout au sommet, à hauteur du moyeu 1), mais qu'il est au contraire toujours entouré par des pièces qui l'enveloppent et le protègent des projections de lubrifiant sur toute sa longueur, parmi lesquelles le capot d'étanchéité 37 et le chapeau 16 qu'on a déjà mentionnés. Un agencement d'étanchéité supplémentaire est prévu sous le moyeu 1, tournant, à la jonction avec le chapeau 16, qui reste fixe : on ajoute à cet endroit un flasque 51 vissé sous le moyeu 1 et qui soutient un autre joint à lèvres 52 tournant, dont une lèvre intérieure 53 frotte sur la surface extérieure d'une cheminée 54 cylindrique qui prolonge le chapeau 16 et abrite une portion médiane de l'axe séparé 31 en collaboration avec le flasque 51, dont un rebord inférieur 55 coiffe la cheminée 54 et entoure le joint 52. Cet ensemble de pièces arrête l'huile qui serait projetée vers l'axe 13 entre le moyeu 1 et le chapeau 16 et qui coulerait sur ces derniers. Le capteur 11 est ainsi efficacement protégé ; la figure 3 montre l'ensemble des pièces de l'assemblage à l'état monté et permet donc de mieux saisir sa configuration. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif d'étanchéité pour un capteur rotatif (11) disposé entre une partie fixe (4) et une partie tournante (1, 2) d'un ensemble mécanique dans un alvéole (3, 8) fermé par un couvercle (15) et s' étendant de part et d'autre d'une surface de jonction entre la partie fixe (4) et la partie tournante (1, 2), le capteur rotatif (11) étant relié par un axe (13) et un boîtier (12) aux parties fixe et tournante, caractérisé en ce que le couvercle est pourvu de moyens d'étanchéité (56, 26), une face (14) du boîtier (12) à travers laquelle l'axe (13) pénètre dans le boîtier est couverte par un agencement d'étanchéité comprenant un capot étanche (37) appuyé sur la face (14) du boîtier autour de l'axe, et des enveloppes de protection (16, 51, 54) entourent l'axe dans sensiblement tout l'alvéole. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (15) porte un joint torique d'étanchéité (56) et comprend des vis de fixation (29) à une des parties de l'ensemble mécanique et des rondelles d'étanchéité (26) dans des lamages (27) du couvercle (25), sous des têtes (28) des vis (29), ces rondelles d'étanchéité faisant partie desdits moyens d'étanchéité du couvercle. 3. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 , caractérisé en ce que le capot étanche (37) est appuyé par un joint d'étanchéité (40) élastique comprimé entre le capot et une pièce de contre-appui (33). 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de contre-appui (33) est une portion épanouie de l'axe, et le joint (41) établit une étanchéité avec l'axe (13) comme avec le capot (37). 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les enveloppes de protection (16, 51, 54) s'étendent devant tout l'axe entre le boîtier (12) et la partie (1) de l'ensemble mécanique à laquelle est fixé le couvercle (15). 6. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 5 , caractérisé en ce qu'il comprend un joint (52) entre deux des enveloppes (16 ,51) respectivement solidaires de la partie fixe (4) et de la partie tournante (1, 2). 7. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des joints tournants (41, 52) établis entre les enveloppes, l'axe et le boîtier, et en ce que les enveloppes qui surplombent les joints tournants comprennent des rebords de protection (45, 55) entourant les joints tournants.