Brevet FR2783031A3 — publié le 20000310

FR 2783031 A3 20000310 FR 9811220 A 19980904 La présente invention concerne un joint d'étanchéité aux fluides et aux poussières, ainsi qu'un robot multi-axes équipé d'un tel joint. De manière habituelle, un joint d'étanchéité aux fluides et aux poussières est utilisé sur une machine logée dans une enceinte dont l'atmosphère doit être, dans la mesure du possible, exempte de toute pollution. Ce type de joints assure d'une part l'étanchéité à l'égard des fluides, notamment de l'huile de lubrification de la machine, et empêche en outre que les poussières générées en service au niveau d'une articulation ne se propagent dans l'enceinte de travail. Ce joint est notamment appliqué à des robots multi-axes travaillant en atmosphère propre, ou "clean-room", notamment pour la fabrica- tion de composants ou de circuits électroniques. Il est alors prévu au moins un tel joint au niveau de chaque articulation du robot. On connaît un joint à lèvres qui est par exemple conforme à celui commercialisé par la société Freudenberg sous la référence BASL. Ce joint, qui est réalisé en un matériau possédant un coefficient de frottement élevé à l'égard du métal, tel qu'un élastomère, est pourvu d'une lèvre propre à être maintenue contre un arbre, grâce à l'action d'un ressort torique. Ce joint, tout en étant adapté pour garantir l'étan- chéité à l'égard des fluides de lubrification de la machine, n'est pas approprié à une utilisation en atmosphère à pollution réduite, dans la mesure o il génère de nombreuses poussières susceptibles de se propager dans l'enceinte de travail. On connaît également un joint de type ferro-fluidique, conforme à celui commercialisé par la société Ferrofluidics. Ce type de joint comprend deux anneaux magnétiques entre lesquels est maintenu par occlusion un fluide magnétique empêchant le passage des poussières. Un tel joint présente cependant certains inconvénients. Outre son coût et son volume impor- tants, il n'est pas adapté pour l'étanchéité vis-à-vis des fluides, de sorte qu'il doit être associé à un joint supplé- mentaire approprié. De plus, un tel joint ferro-fluidique induit parfois certains problèmes de pollution dûs au dégazage des fluides magnétiques utilisés pour sa réalisation. On connaît également un joint composite assurant l'étan- chéité aux fluides, qui est représenté à la figure 1 des dessins annexés et qui est conforme à celui commercialisé par la société FURON sous la référence DYNALIP. Ce joint, désigné dans son ensemble par la référence I, comprend un boîtier métallique II formé d'un fût cylindrique prolongé par un rebord rentrant. Une première lèvre III est disposée contre ce rebord et s'étend à partir du fût. Cette première lèvre est réalisée en un premier matériau possédant un faible coefficient de frottement par rapport au métal. Une deuxième lèvre IV est disposée à distance de la lèvre III, avec interposition d'une bague V. Cette lèvre IV est réalisée en un second matériau à coefficient de frottement faible sur le métal, par exemple en PTFE. Une entretoise VI assure l'assujettissement axial des deux lèvres III, IV, par sertissage de l'extrémité du fût, opposée au rebord 104B. En service, la lèvre IV est disposée du côté intérieur de la machine, de manière à assurer une étanchéité à l'égard du fluide de lubrification de cette dernière. Un tel joint présente cependant certains inconvénients, liés en particulier à son manque de fiabilité. De plus, le matériau à faible coefficient de frottement, constitutif des lèvres III et IV, présente une instabilité dimensionnelle importante, préjudiciable à une bonne efficacité de l'ensemble du joint. Il s'est en outre révélé que ce joint ne peut fonctionner dans un faible encombrement, étant donné que ses lèvres usinent les arbres de sortie des réducteurs. L'ensemble des joints évoqués ci-dessus est donc propre à assurer uniquement une fonction d'étanchéité aux fluides, de sorte qu'il est nécessaire de leur adjoindre un joint supplé- mentaire d'étanchéité aux poussières. Afin de pallier les inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus, l'invention se propose de réaliser un joint qui assure une étanchéité fiable à la fois à l'égard des fluides et des poussières, et qui possède en outre une durée de vie satisfaisante. A cet effet, l'invention a pour objet un joint d'étan- chéité, destiné à être rapporté à la périphérie d'un arbre, comprenant un premier élément de joint pourvu d'un premier organe d'étanchéité aux fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un second élément de joint pourvu d'un second organe d'étanchéité aux poussières en provenance dudit premier organe d'étanchéité, les premier et second éléments étant logés dans un boîtier, en ce que le premier élément comporte un corps à partir duquel s'étend, de manière monobloc, le premier organe d'étanchéité et en ce que le second élément comporte un talon à partir duquel s'étend, de manière monobloc, le second organe d'étanchéité, le talon et le corps étant disposés en appui l'un contre l'autre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le premier organe d'étanchéité est un bourrelet massif, notamment de section triangulaire, dont la base est reliée au corps et le sommet prend appui, en service, contre ledit arbre; - le second organe d'étanchéité est une lèvre et les dimensions radiales du talon sont nettement supérieures à celles de ladite lèvre d'étanchéité aux poussières; - au repos, ladite lèvre d'étanchéité aux poussières s'étend obliquement selon un angle compris entre 45 et 75 par rapport à un axe diamétral du joint; - le boîtier comprend un fût et un rebord rentrant contre lequel le talon prend appui par une première face latérale, ledit rebord étant pourvu d'une arête de maintien des dimensions radiales du talon, pénétrant dans ladite première face latérale sur au moins une partie de la périphérie de cette dernière; - ladite arête de maintien comprend plusieurs secteurs discontinus, afin d'immobiliser en rotation le talon; - le fût est pourvu d'une gorge périphérique exté- rieure de réception de moyens d'étanchéité; - le fût présente, au voisinage du rebord rentrant, un épaulement périphérique définissant une zone de moindre dimensions radiales du boîtier. L'invention a également pour objet un robot multi-axes, comprenant plusieurs articulations pourvues d'au moins un joint d'étanchéité aux fluides et aux poussières, caractérisé en ce que le ou chaque joint est tel que décrit ci-dessus. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels, outre la figure 1 précédemment évoquée: - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une articulation d'un robot multi-axes, pourvue de joints conformes à l'invention; - la figure 3 est une vue partielle en coupe diamé- trale d'un joint d'étanchéité aux fluides et aux poussières conforme à l'invention au repos; - la figure 4 est une vue en coupe analogue à la figure 3, représentant le joint illustré sur cette figure 3 monté sur un arbre; et - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V à la figure 3, illustrant uniquement le boîtier du joint représenté aux figures 3 et 4. La figure 2 représente une articulation d'un robot multi- axes, désignée dans son ensemble par la référence A. Deux bras B et B' sont susceptibles de pivoter par rapport à cette articulation A, autour d'axes respectifs X-X' et Y-Y'. Des joints, conformes à l'invention, équipent cette articulation du robot multi-axes. Chacun de ces joints doit assumer une double fonction d'étanchéité. Il doit en effet d'une part retenir le fluide de lubrification logé à l'intérieur de l'articulation A et d'autre part empêcher la propagation, vers l'enceinte de travail dans laquelle est disposé le robot, des poussières générées durant le fonctionnement de l'articulation A. Les figures 3 et 4 représentent l'un J de ces joints conformes à l'invention, respectivement au repos et en service. Le joint J comprend un boîtier 2 comportant un fût annulaire 4 prolongé par un rebord radial 6 rentrant. Ce rebord 6 est disposé du côté extérieur de l'articulation, à savoir que le fluide de lubrification de cette dernière est logé à l'opposé de ce rebord. La périphérie extérieure du fût 4 est creusée, dans sa partie médiane, d'une gorge périphérique 7A. De plus, à son extrémité axiale voisine du rebord 6, le fût 4 présente un décrochement 7B définissant une zone Z de moindres dimensions radiales du boîtier 2. Le joint J comprend également un élément de joint 8, destiné à assurer l'étanchéité à l'égard des poussières. Cet élément 8 est réalisé en un matériau présentant un faible coefficient de frottement à l'égard du métal et une bonne résistance à l'abrasion. Il s'agit par exemple de polyéthylène haute densité, ou PEHD, ou bien encore de PTFE, polyamide ou polyimide. L'élément 8 est destiné à assurer l'étanchéité à l'égard des poussières générées lors du fonctionnement de l'articula- tion afin d'empêcher leur propagation vers l'enceinte dans laquelle est logé le robot. Cet élément 8 comprend un talon massif 10, de forme globalement parallélépipédique, qui prend appui, par une première face latérale 10A, contre la paroi intérieure du rebord 6. Le talon 10 est prolongé, à l'opposé du fût 4, par une lèvre 12 qui s'étend obliquement depuis la face latérale 10A du talon 10, adjacente au rebord 6, en direction de la face latérale opposée 0lB. Lorsque le joint J est au repos, comme cela est montré à la figure 3, la lèvre 12 est inclinée, par rapport à un axe diamétral D du joint J, d'un angle a qui peut être compris entre 45 et 75 . Le rebord 6 est pourvu, à son extrémité opposée au fût 4, d'une arête 14 pénétrant dans la face latérale 10A du talon 10. Comme le montre plus particulièrement la figure 5, qui illustre le boîtier 2 sans l'élément 8, cette arête 14, qui s'étend sur la majorité de la périphérie du rebord 6, est formée par quatre secteurs angulaires discontinus 14A, 14B, 14C, 14D. Etant donné la nature du matériau constitutif de l'élément 8, l'arête 14 pénètre, lors du montage de l'élément 8 contre le rebord 6, sans qu'il y ait besoin de ménager des avant-trous dans le talon 10. Le joint J comprend également un élément de joint 16 d'étanchéité aux fluides, qui est de type connu en soi et correspond par exemple à celui commercialisé par la société Freudenberg sous la référence BASL. Cet élément 16 est destiné à réaliser l'étanchéité à l'égard du fluide de lubrification de l'articulation et, de ce fait, est réalisé en élastomère. L'élément de joint 8 est destiné à assurer l'étanchéité aux poussières provenant, en service, de cet élément de joint 16. L'élément 16 comprend un corps 18 de section transversale en forme de U, dont l'âme 20 prend appui sur le talon 10, au niveau de la face latérale 0lB de ce dernier. Une première aile 22A de ce corps 18 est disposée contre la paroi intérieure du fût 4, un insert 24, réalisé par exemple en acier, s'étendant dans l'âme 20 et l'aile 22A du corps 18. Un bourrelet massif 26, de section triangulaire, fait saillie à partir de l'aile 22B du corps 18, à l'opposé du fût 4. Un ressort torique 28 est logé dans une gorge ménagée dans la face de l'aile 22B, voisine de l'aile 22A. En service, comme cela est représenté à la figure 4, le joint J est disposé à la périphérie extérieure d'un arbre 30 en étant intercalé entre ce dernier et une pièce de structure 32 fixe de l'articulation. Le talon 10 du premier élément 8 voit ses dimensions radiales sensiblement inchangées, tandis que la lèvre 12, du fait d'une certaine nature élastique de son matériau constitutif, tend à se rapprocher de ce talon 10. De manière connue, les deux ailes 22A et 22B du deuxième élément 16 tendent à se rapprocher l'une de l'autre, alors que le ressort torique 28 tend à repousser le bourrelet 26 contre l'arbre 30. La gorge 7A assure une fonction de réception de moyens d'étanchéité, tels que par exemple de la colle. De plus, la présence de la zone Z de moindres dimensions radiales permet un pré-centrage du boîtier 2 par rapport aux parois de la pièce de structure 32, et permet de réduire les contraintes exercées sur le boîtier lors de son introduction dans cette pièce de structure. L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. En effet, l'invention tire parti de l'utilisation d'un premier élément d'étanchéité aux fluides connu de l'état de la technique et dont la fiabilité globale est avérée. Le fait de disposer contre ce premier élément le talon d'un second élément pourvu d'une lèvre d'étanchéité aux poussières permet une adaptation satisfaisante de ce second élément, de sorte que la tenue mécanique du joint ainsi réalisé est excellente. Le fait de prévoir un talon massif dans le second élément confère un appui mutuel satisfaisant entre les deux éléments. La présence de ce talon permet à la lèvre d'étanchéité aux poussières de s'étendre selon des dimensions radiales faibles, en particulier nettement inférieures à celles du joint évoqué en référence à la figure 1. Ceci garantit une réduction des contraintes exercées sur cette lèvre d'étanchéité aux poussiè- res, et donc un allongement de sa durée de vie. Ceci permet également de restreindre, par rapport au joint de la figure 1, l'encombrement global du joint conforme à l'invention. L'utilisation de deux éléments prenant appui directement l'un contre l'autre permet de s'affranchir de l'emploi d'une bague et d'une entretoise, auxquelles fait appel le joint de l'art antérieur décrit en référence à la figure 1. L'emploi d'un talon dont les dimensions radiales sont nettement supérieures à celles de la lèvre d'étanchéité aux poussières permet de diminuer davantage les contraintes exercées sur cette dernière. Le fait de munir le rebord du boîtier d'une arête péné- trant dans le talon du premier élément assure une grande stabilité, en service, des dimensions radiales de ce talon. En outre, le fait d'interrompre une telle arête, en la conformant en secteurs discontinus, permet d'empêcher le premier élément, qui possède un faible coefficient de frottement par rapport au métal, de tourner en même temps que l'arbre au contact duquel il est disposé. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité (J), destiné à être rapporté à la périphérie d'un arbre (30), comprenant un premier élément de joint (16) pourvu d'un premier organe (26) d'étanchéité aux fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un second élément de joint (8) pourvu d'un second organe (12) d'étanchéité aux poussières en provenance dudit premier organe d'étanchéité, lesdits premier (16) et second (8) éléments étant logés dans un boîtier (2), en ce que le premier élément (16) comporte un corps (18) à partir duquel s'étend, de manière monobloc, le premier organe d'étanchéité (26) et en ce que le second élément (8) comporte un talon (10) à partir duquel s'étend, de manière monobloc, le second organe d'étanchéité (12), le talon (10) et le corps (18) étant disposés en appui l'un contre l'autre. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier organe d'étanchéité est un bourrelet massif (26), notamment de section triangulaire, dont la base est reliée au corps (18) et le sommet prend appui, en service, contre ledit arbre (30). 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le second organe d'étanchéité est une lèvre (12) et en ce que les dimensions radiales du talon (10) sont nettement supérieures à celles de ladite lèvre (12) d'étanchéité aux poussières. 4. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que, au repos, ladite lèvre (12) d'étanchéité aux poussières s'étend obliquement selon un angle compris entre 45 et 75 par rapport à un axe diamétral (D) du joint (J). 5. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier (2) comprend un fût (4) et un rebord rentrant (6) contre lequel le talon (10) prend appui par une première face latérale (O10A), ledit rebord (6) étant pourvu d'une arête (14) de maintien des dimensions radiales du talon (10), pénétrant dans ladite première face latérale (O10A) sur au moins une partie de la périphérie de cette dernière. 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caracté- risé en ce que ladite arête de maintien (14) comprend plusieurs secteurs (14A, 14B, 14C, 14D) discontinus, afin d'immobiliser en rotation le talon (10). 7. Joint d'étanchéité selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le fût (4) est pourvu d'une gorge périphérique (7A) extérieure de réception de moyens d'étanchéi- té. 8. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendi- cation 5 à 7, caractérisé en ce que le fût (4) présente, au voisinage du rebord rentrant (6), un épaulement périphérique (7B) définissant une zone (Z) de moindre dimensions radiales du boîtier (2). 9. Robot multi-axes, comprenant au moins une articulation (A) pourvue d'au moins un joint d'étanchéité (J) aux fluides et aux poussières, caractérisé en ce que le ou chaque joint (J) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.