Brevet FR2814514A1 — publié le 20020329

L'invention concerne un palier étanche à roulement pour la fixation et le guidage étanche en rotation d'un arbre par rapport à une structure fixe. Ce pallier s'applique notamment au guidage d'un rotor d'un pétrin mélangeur. La fixation et le guidage étanche en rotation d'un arbre tournant par rapport à un bâti ou une structure fixe se révèle souvent problématique, comme dans le cas de certains pétrins mélangeurs comprenant une cuve, dans laquelle tourne l'arbre, cuve que l'on souhaite isoler hermétiquement par rapport à l'atmosphère ambiante, par exemple pour contrôler la pression dans la cuve. Dans le cas d'un pétrin par exemple, ce contrôle est destiné à la maîtrise de t' aération"de la pâte. Ainsi à pression élevée, la mie présentera une structure compacte, tandis que sous vide cette structure sera ouverte. Le plus souvent, les constructeurs ont recours à des paliers de structure complexe, comprenant un grand nombre de pièces. Dans la plupart de ces paliers, l'étanchéité dynamique est réalisée au moyen de bagues presse-étoupe en contact direct avec l'arbre. Ce type de technologie est illustrée notamment par le document FR-A-2 673 690. Ce type de palier présente de nombreux inconvénients. En effet, les bagues de presse-étoupe, dont les garnitures sont en contact direct avec l'arbre, présentent une grande surface de contact avec celui-ci. Il en résulte que ces bagues de presse-étoupe freinent substantiellement la rotation de l'arbre par les frottements qu'elles engendrent à sa surface. Ainsi, ces bagues provoquent une usure accélérée des garnitures, de sorte qu'il est nécessaire de resserrer souvent les bagues de presse-étoupe, voire de changer leurs garnitures afin de conserver une étanchéité acceptable. Du fait du contact direct des garnitures avec l'arbre, celui-ci doit présenter un bon état de surface, notamment une rugosité suffisamment faible pour éviter toute fuite. Or, les bagues de presse-étoupe provoquent également une usure accélérée de l'arbre lui- même. Il peut alors s'avérer nécessaire de procéder à un nouvel usinage de l'arbre, voire à son échange standard. Dans les deux cas, ces interventions sont délicates et coûteuses, et entraînent l'arrêt du pétrin, ou plus généralement du dispositif dans lequel l'arbre assure sa fonction. En outre, la complexité des paliers connus rend malaisé le remplacement rapide - notamment sans démonter l'arbre-de pièces les constituant telles que des organes d'étanchéité. Leur remplacement complet est également malaisé. L'invention vise à résoudre notamment les inconvénients précités de l'art antérieur, en proposant un palier assurant la fixation et le guidage étanche d'un arbre, à la fois fiable, durable, compact, et dont la structure permette un accès aisé aux diverses pièces le constituant pour assurer leur réparation ou leur remplacement rapides, sans avoir à démonter l'arbre. A cet effet, un premier objet de l'invention est un palier étanche à roulement pour la fixation et le guidage étanche en rotation d'un arbre par rapport à une structure fixe définissant une enceinte close dans laquelle est étendue une partie de l'arbre, le dit arbre présentant une partie extrême saillant hors de l'enceinte par une ouverture pratiquée dans celle-ci, ce palier comprenant : - un corps de palier comportant des moyens de fixation à la dite structure fixe, et présentant un évidement central ou siège pour le passage de la dite partie extrême de l'arbre ; - des moyens d'étanchéité ; - au moins un roulement interposé entre le corps de palier et la dite partie extrême de l'arbre, ce roulement comprenant une bague fixe associée au corps de palier, une bague mobile associée à la partie extrême de l'arbre, et des corps roulants entre elles ; - une chemise se présentant sous la forme d'une pièce de révolution sensiblement cylindrique, emmanchée sur la dite partie extrême de l'arbre et interposée entre celle-ci et le corps de palier, les moyens d'étanchéité et le roulement étant disposés entre le siège du corps de palier et la chemise ; - des moyens de fixation amovible de la dite chemise à la partie extrême de l'arbre pour les solidariser au moins en rotation ; la chemise formant moyen de fixation du palier à la partie extrême de l'arbre. Les dits moyens d'étanchéité sont notamment agencés pour assurer à la fois l'étanchéité dynamique de l'enceinte et son maintien en pression. Selon un mode de réalisation, les dits moyens d'étanchéité comprennent une pluralité de joints à lèvre emmanchés dans un logement du siège, les lèvres des joints coopérant avec une première partie extrême de la chemise tournée vers l'enceinte, au moins l'un des joints étant orienté pour que sa lèvre soit tournée vers l'enceinte, tandis qu'au moins l'un des autres joints est orienté pour que sa lièvre soit tournée à l'opposé. De préférence, la chemise présente, au moins sur sa partie en contact avec les joints d'étanchéité, un état de surface de meilleure qualité que celui de la partie extrême de l'arbre. La chemise peut présenter en outre, au moins sur sa partie en contact avec les joints d'étanchéité, un traitement de surface tel qu'un chromage dur. En outre, le palier peut comprendre un couvercle comportant : - un corps de couvercle présentant un évidement central pour le passage de la partie extrême de l'arbre et d'une deuxième partie extrême de la chemise tournée vers l'extérieur de l'enceinte ; - des moyens de fixation amovible du corps de couvercle au corps de palier du côté opposé à l'enceinte ; - au moins un joint d'étanchéité à lièvre, interposé entre le dit corps de couvercle et la chemise. Selon un mode de réalisation, la chemise présente, au moins sur sa partie en contact avec le dit joint d'étanchéité, un traitement de surface tel qu'un chromage dur. Par ailleurs, la chemise peut présenter une fente à une extrémité tournée vers l'extérieur de l'enceinte, les moyens de fixation amovible de la chemise à la partie extrême de l'arbre se présentant sous la forme d'un collier de serrage enserrant l'extrémité de la chemise au droit de la dite fente, le serrage du collier provoquant la solidarité, au moins en rotation, de la chemise et de la partie extrême de l'arbre. Un deuxième objet de l'invention est un pétrin mélangeur, comportant une cuve définissant une enceinte close, dans laquelle est monté à rotation un rotor dont la fixation et le guidage étanche par rapport à la dite cuve est réalisé au moyen d'un palier tel que décrit ci-dessus. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - ta figure 1 est une vue d'élévation en coupe d'un pétrin mélangeur comprenant une cuve dans laquelle un rotor est monté tournant ; le rotor présente une partie centrale s'étendant à travers la cuve pour assurer par sa rotation le malaxage ou le mélange d'un produit contenu dans la cuve, et deux parties extrêmes saillant de part et d'autre de la cuve, et fixées à celle-ci à rotation au moyen de deux paliers étanches à roulement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de l'un des paliers étanches de fixation et de guidage du rotor selon un détail agrandi de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue de côté du palier de la figure 2, suivant la direction de son axe de rotation ; Sur la figure 1 est partiellement représenté un pétrin mélangeur 1 comprenant une cuve 2 dans laquelle est monté à rotation un arbre ou rotor 3 d'axe A horizontal, l'horizontalité étant définie par rapport au sol sur lequel repose le pétrin 1, la cuve 2 pouvant être fixe ou basculante. La cuve 2 définit une enceinte close et présente deux parois 4,5 sensiblement verticales et parallèles, surmontées d'un couvercle amovible assurant une étanchéité statique de la cuve 2. Dans la suite de la description, une localisation à proximité du centre de la cuve 2 est dite (intérieure)), tandis qu'une localisation à distance du centre de la cuve 2 est dite extérieure . Le rotor 3 comprend une partie centrale 6 s'étendant à travers la cuve 2 entre les deux parois 4,5, pourvue de pales 7 qui assurent, lors de la rotation du rotor 3, le malaxage ou le mélangeage d'un produit contenu dans la cuve 2, tel qu'une pâte à pain. De part et d'autre de sa partie centrale 6, le rotor 3 comprend deux parties extrêmes 8, 9, qui saillent de la cuve 2 en traversant respectivement les parois 4,5 par des ouvertures 10,11 pratiquées dans celles-ci. Les parties extrêmes 8,9 du rotor 3 sont fixées aux parois 4,5 au moyen de paliers étanches 12,13 d'axe A, qui assurent la fixation et le guidage étanche en rotation du rotor 3 par rapport à la cuve 2. L'entraînement du rotor 3 est par exemple assuré par une motorisation entraînant une courroie circulant sur une poulie 14 emmanchée sur l'une des parties extrêmes 8,9 du rotor. On décrit à présent en détail l'un des paliers 12, en supposant les deux paliers 12,13 identiques. Le palier 12 comprend un corps de palier 15 qui présente un évidement central 16 traversant appelé siège, présentant une symétrie de révolution, et dans lequel est insérée la partie extrême 8 du rotor 3. Le corps de palier 15 est fixé sur la paroi 4 de la cuve 2 du côté extérieur, à l'aide de moyens de fixation amovible 17 tels que des vis régulièrement réparties sur la circonférence du corps de palier 15. Le corps de palier 15 est fixé au droit de l'ouverture 10 pratiquée dans la paroi 4 de la cuve 2, de sorte que l'axe de révolution du siège 16 coïncide avec l'axe A de rotation du rotor 3. Le palier 12 est prévu pour assurer une étanchéité totale de l'intérieur de la cuve 2 par rapport à l'atmosphère ambiante à l'extérieur de celle-ci. A cet effet, le palier 12 comporte des moyens d'étanchéité dynamique 18 comprenant une pluralité de joints à lèvre 19,20, 21 montés en série et emmanchés dans une partie du siège 16 appelée logement 22, adjacente à l'ouverture 10 pratiquée dans la paroi 4 de la cuve 2. Dans la réalisation illustrée sur la figure 2, trois joints à lèvre 19,20, 21 sont prévus, entre un épaulement 23 du logement 22 et un circlips intérieur 24 inséré dans une rainure pratiquée dans le logement 22. Les joints 19,20, 21 sont agencés pour assurer à la fois l'étanchéité dynamique de la cuve 2 et son maintien en pression, la pression à l'intérieur de la cuve pouvant être soit supérieure par exemple atteignant 3 bars, soit inférieure à la pression atmosphérique par exemple 50m bars, tandis que la vitesse de rotation du rotor en fonctionnement est généralement comprise entre 10 tours par minute et 250 tours par minute. Dans la réalisation représentée, le volume de la cuve est de 400 litres. A cet effet, au moins l'un 19 des joints, par exemple le plus proche de la cuve 2, est orienté pour que sa lèvre soit tournée vers l'intérieur de la cuve 2, tandis qu'au moins l'un 21 des autres est orienté pour que sa lèvre soit tournée vers l'extérieur de la cuve. Afin d'assurer un maintien rigide des joints 19,20, 21 dans leur logement 22 entre l'épaulement 23 et le circlips 24, au moins une entretoise 25 peut être insérée entre deux joints 19,20 successifs. Par ailleurs, afin d'assurer le guidage en rotation du rotor 3, le palier 12 comprend au moins un roulement 26 interposé entre le corps de palier 15 et la partie extrême 8 du rotor 3. Le roulement 26 comprend une bague extérieure fixe 27, associée au corps de palier 15 en étant par exemple emmanchée dans un alésage 28 du siège 16, une bague intérieure mobile 29, et des corps roulants entre elles, tels que des billes, des aiguilles, ou encore des rouleaux cylindriques ou coniques. Les joints à lèvre 19,20, 21, et le roulement 26 ne sont pas en contact direct avec la partie extrême 8 du rotor 3. En effet, le palier 12 comprend une pièce intermédiaire 30 de révolution, sensiblement cylindrique et creuse, appelée chemise, emmanchée sur la partie extrême 8 du rotor 3, et interposée entre celle-ci et le corps de palier 15. La chemise 30 présente une première partie extrême 31 tournée vers l'intérieur et insérée dans le siège 16 du corps de palier 15, ainsi qu'une deuxième partie extrême 32 opposée, saillant du siège 16 vers l'extérieur. Le roulement 26 est interposé entre le siège 16 du corps de palier 15 et la chemise 30, sa bague intérieure 29 étant emmanchée sur la chemise 30, et montée serrée entre un épaulement 33 saillant de la chemise 30, et un écrou 34 vissé sur une partie filetée 35 de la chemise 30. Par ailleurs, les joints à lèvre 19,20, 21 sont interposés entre le corps de palier 15 et la chemise 30, leurs lèvres étant en contact avec la première partie extrême 31 de la chemise 30 ou, selon une variante illustrée sur la figure 2, avec une entretoise emmanchée sur cette partie extrême 31. Selon une réalisation, l'entretoise est percée radialement de façon à pouvoir exercer une contre pression au niveau du joint à lièvre. En outre, afin d'une part d'assurer le serrage de la bague extérieure 27 du roulement 26, et d'autre part d'assurer une étanchéité complémentaire du palier, 12, ce dernier 12 comprend un couvercle 36 associé au corps de palier 15. A cet effet, le couvercle 36 comprend un corps de couvercle 37 se présentant sous la forme d'une pièce de révolution présentant un évidement central 38 pour le passage de la partie extrême 8 du rotor 3 et de la deuxième partie extrême 32 de la chemise 30 emmanchée sur celle-ci. Le couvercle 36 comprend également des moyens de fixation amovible 39 du corps de couvercle 37 au corps de palier 15, du côté opposé à la cuve 2, c'est-à-dire du côté tourné vers l'extérieur. Ces moyens de fixation 39 se présentent par exemple sous la forme d'une pluralité de vis régulièrement répartie sur la circonférence du corps de couvercle 37. En outre, le couvercle comprend un joint à lèvre 40 interposé entre le corps de couvercle 37 et la chemise 30. Le joint à lèvre 40 est par exemple emmanché dans un logement 41 ménagé dans l'évidement central 38 du corps de couvercle 37, sa lèvre étant en contact avec la deuxième partie extrême 32 de la chemise 30. Par ailleurs, la chemise 30 présente une extrémité 42 saillant du couvercle 36 vers l'extérieur, dans laquelle est pratiquée une fente 43 débouchante, étendue sensiblement selon une direction axiale. Afin de solidariser au moins en rotation la chemise 30 et la partie extrême 8 du rotor 3, le palier comprend un collier de serrage 44 annulaire enserrant l'extrémité 42 de la chemise 30 au droit de la fente 43, ce collier formant moyen de fixation amovible de la chemise 30 au rotor 3. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3, le collier de serrage 44 comprend deux mâchoires 45,46 en regard, dont le rapprochement au moyen de vis 45 provoque le serrage de la chemise 30 sur la partie extrême 8 du rotor 3, ces deux pièces étant alors solidarisées en rotation et en translation. De la sorte, la chemise 30 forme moyen de fixation amovible du palier 12 à la partie extrême 8 du rotor 3. Ce palier 12 présente de nombreux avantages. Les joints à lèvre 19, 20, 21, 40 n'étant pas en contact direct avec le rotor 3, il n'est pas nécessaire que celui-ci présente un état de surface répondant aux préconisations des fabricants de joints à lèvre. On rappelle que, généralement, il est préférable que la rugosité Ra des surfaces en contact avec les lèvres des joints à lèvre soit comprise entre 0,2 et 0,5 micromètres (d'après les préconisations de la société PAULSTRA). On peut donc prévoir que la partie extrême 8 du rotor 3 ne fasse pas l'objet d'un procédé de fabrication particulier, un simple tournage convenant parfaitement. Par contre, on veillera alors à ce que les parties de la chemise 30 en contact avec les joints d'étanchéité présentent un état de surface de meilleure qualité que la partie extrême 8 du rotor 3, afin qu'il réponde notamment aux préconisations mentionnées cidessus. Par ailleurs, afin d'améliorer la résistance de la chemise 30 à l'usure, on peut prévoir sur les parties de la chemise 30 en contact avec les joints d'étanchéité un chromage dur, d'une épaisseur supérieure à 0,05 millimètres afin de lui garantir une tenue et une durée de vie suffisantes. En outre, afin d'éviter le remplacement trop fréquent de la chemise 30, on peut interposer, entre elle et les joints d'étanchéité 19,20, 21, une entretoise 48 emmanchée sur la première partie extrême 31 de la chemise 30, cette entretoise 48 présentant un état de surface répondant aux préconisations mentionnées ci-dessus, et pourvue par exemple d'un chromage dur tel qu'il vient d'être décrit. En desserrant le collier 44, il est possible de démancher la chemise 30, par exemple pour remplacer ou réparer des pièces constitutives du palier 12. Ce type d'intervention peut être effectuée rapidement et sans avoir à démonter le rotor 3, ce qui évite de paralyser le pétrin 1 pendant des heures. On peut améliorer l'étanchéité statique du palier 12 en insérant par exemple des joints toriques 49 entre la chemise 30 et le rotor dans des gorges prévues à cet effet, ménagées dans la chemise 30. On peut également prévoir un joint plat 50 entre le corps de palier 15 et la paroi 4 de la cuve 2. En outre, le palier 12 décrit pour un mélangeur à axe horizontal peut également être utilisé pour des mélangeurs à axe vertical, en adaptant sa structure aux contraintes mécaniques par exemple avec utilisation d'une butée à bille disposée entre l'arbre et la cuve. REVENDICATIONS 1. Palier étanche à roulement pour la fixation et le guidage étanche en rotation d'un arbre (3) par rapport à une structure fixe (1,2) définissant une enceinte close (2) dans laquelle est étendue une partie de l'arbre (3), le dit arbre (3) présentant une partie extrême (8,9) saillant hors de l'enceinte (2) par une ouverture (10,11) pratiquée dans celle-ci, ce palier (12,13) comprenant : un corps de palier (15) comportant des moyens de fixation (17) à la dite structure fixe (1,2), et présentant un évidement central (16) ou siège pour le passage de la dite partie extrême (8,9) de l'arbre (3) ; - des moyens d'étanchéité (19,20, 21) ; - au moins un roulement (26) interposé entre le corps de palier (15) et la dite partie extrême (8) de l'arbre (8), ce roulement (28) comprenant une bague fixe (27) associée au corps de palier (15), une bague mobile (29) associée à la partie extrême (8) de l'arbre (3), et des corps roulants entre elles ; ce palier (12,13) étant caractérisé en ce qu'il comprend : - une chemise (30) se présentant sous la forme d'une pièce de révolution sensiblement cylindrique, emmanchée sur la dite partie extrême (8) de l'arbre (3) et interposée entre celle-ci et le corps de palier (15), les moyens d'étanchéité (19,20, 21) et le roulement (26) étant disposés entre le siège (16) du corps de palier (15) et la chemise (30) ; - des moyens (44) de fixation amovible de la dite chemise (30) à la partie extrême (8) de l'arbre (3) pour les solidariser au moins en rotation ; la chemise (30) formant moyen de fixation du palier (12,13) à la partie extrême (8) de l'arbre (3). 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits moyens d'étanchéité (19,20, 21) sont agencés pour assurer à la fois l'étanchéité dynamique de l'enceinte (2) et son maintien en pression. 3. Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dits moyens d'étanchéité (19,20, 21) comprennent une pluralité de joints à lèvre emmanchés dans un logement (22) du siège (16), les lèvres des joints coopérant avec une première partie extrême (31) de la chemise (30) tournée vers l'enceinte (2), au moins l'un des joints étant orienté pour que sa lèvre soit tournée vers l'enceinte (2), tandis qu'au moins l'un des autres joints est orienté pour que sa lèvre soit tournée à l'opposé. 4. Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chemise (30) présente, au moins sur sa partie en contact avec les joints d'étanchéité (19,20, 21), un état de surface de meilleure qualité que celui de la partie extrême (8) de l'arbre (3). 5. Palier selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chemise (30) présente, au moins sur sa partie en contact avec les joints d'étanchéité (19,20, 21), un traitement de surface tel qu'un chromage dur. 6. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un couvercle (36) comportant : un corps de couvercle (37) présentant un évidement (38) central pour le passage de la partie extrême (8) de l'arbre (3) et d'une deuxième partie extrême (32) de la chemise (30) tournée vers l'extérieur de l'enceinte (2) ; des moyens (39) de fixation amovible du corps de couvercle (37) au corps de palier (15) du côté opposé à l'enceinte (2) ; au moins un joint d'étanchéité (40) à lèvre, interposé entre le dit corps de couvercle (37) et la chemise (30). 7. Palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chemise (30) présente, au moins sur sa partie en contact avec le dit joint d'étanchéité (40), un traitement de surface tel qu'un chromage dur. 8. Palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chemise (30) présente une fente (43) à une extrémité (42) tournée vers l'extérieur de l'enceinte (2), les moyens (44) de fixation amovible de la chemise (30) à la partie extrême (8) de l'arbre (3) se présentant sous la forme d'un collier (44) de serrage enserrant l'extrémité (42) de la chemise (30) au droit de la dite fente (43), le serrage du collier (44) provoquant la solidarité, au moins en rotation, de la chemise (30) et de la partie extrême (8) de l'arbre (3). 9. Pétrin mélangeur, comportant une cuve (2) définissant une enceinte close, dans laquelle est monté à rotation un rotor (3), caractérisé en ce que la fixation et le guidage étanche du rotor (3) par rapport à la dite cuve (2) est réalisé au moyen d'un palier (12, 13) selon l'une des revendications 1 à 8.