Brevet FR2813358A1 — publié le 20020301

Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de joint de palier pour le montage d'une première pièce dans une seconde pièce, une pièce en forme d'arbre recevant la première pièce, en translation ou en rotation par rapport à la seconde pièce et dont la première pièce comporte un élément de palier. Pour rendre étanche des passages traversants qu'il s'agisse de passages de rotation ou de translation, on utilise des solutions qui séparent les éléments d'étanchéité et ceux formant les paliers. Comme éléments de palier, on utilise principalement des coussinets lisses, des coussinets revêtus de matière plastique ou des coussinets métalliques (CuSn, CuZn), des pièces réalisées avec un tour ainsi que des pièces frit- tées). La fonction d'étanchéité est assurée par un élément en caoutchouc tel qu'un joint torique, un joint d'étanchéité d'arbre ou une pièce en caoutchouc de forme particulière. Etat de la technique Le document DE 195 10 622 A1 concerne un dispositif d'étranglement et un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Selon ce document, on installe un palier fixé axialement par rapport à l'arbre du papillon, mais qui peut tourner par rapport à cet arbre. L'arbre du papillon peut alors être serré avec le palier dans une cavité de palier du boîtier du volet d'étranglement. Ce dispositif d'étranglement convient en particulier pour des véhicules ayant un moteur à combustion interne à étranglement. Le document DE 33 46 167 Al concerne un embout pour le volet d'étranglement. Dans le cas de cet embout pour volet d'étranglement, on a un volet d'étranglement (papillon) monté sur un arbre dont les deux extrémités sont logées dans les paliers lisses d'un boîtier de support. Ces paliers lisses sont respectivement pressés dans un perçage d'arbre et ont des surfaces frontales du côté du volet d'étranglement. Ces pièces sont courbées suivant la paroi du perçage du boîtier et font partie de cette paroi. Cette forme des paliers lisses rend les fuites au niveau de l'ajustage du volet d'étranglement extrêmement faibles. On connaît également un dispositif d'étanchéité de palier composé d'un nombre extrêmement réduit de pièces simples à fabriquer et permettant un montage garanti, fiable et étanche à la fois du point de vue de l'étanchéité et du palier. Dans ce dispositif d'étanchéité et de palier, proposé, l'élément de palier présente une zone de palier et une zone d'étanchéité, et celle-ci est précontrainte pour assurer l'étanchéité par un élément d'étanchéité-élément de serrage contre une surface d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéité de palier s'utilise notamment dans des véhicules automobiles aux endroits où l'on rencontre des contraintes moyennes. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients et solutions connus et concerne un dispositif d'étanchéité de palier du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la pièce en forme d'arbre intègre par extrusion un dispositif de levier de rotation et entre le perçage traversant de l'élément de palier et la zone d'extrémité de la pièce en forme d'arbre, on a un intervalle d'étanchéité dépendant de l'ajustage. La solution selon l'invention offre surtout des avantages d'un montage considérablement plus simple, ce qui se traduit par un déroulement des opérations de montage de complexité moindre. On supprime les pièces séparées nécessaires dans les dispositifs d'étanchéité de palier actuels pour les arbres mobiles en translation et en rotation du fait que l'effet d'étanchéité s'obtient par un intervalle étroit. Par un choix approprié de la matière de la garniture du coussinet de palier dans le boîtier du papillon de régulation, on peut adapter sa précision d'usinage et ainsi l'effet d'étanchéité à réaliser, à l'ajustage du coussinet de palier et de l'arbre du papillon ou au niveau de pression. Il importe peu dans ces conditions que l'arbre du papillon se déplace en rotation ou en translation. La solution selon l'invention d'un insert de coussinet qui s'engage dans un perçage et dont la surface extérieure qui forme la surface de siège comporte des saillies réalisant une liaison par la forme, permet d'intégrer l'élément de palier et l'arbre du papillon dans un ensemble. Cela participe à une réduction considérable des travaux de montage. Le traitement séparé des joints d'arbre dont les outils de montage tels que le dispositif d'écartement ainsi que le stockage de ces pièces dont la face extérieure est revêtue de PTFE peuvent être complètement supprimés. La solution de l'invention permet d'intégrer un arbre de papillon muni d'une pièce extrudée comme ensemble complet dans le boîtier du papillon d'étranglement. Selon un développement avantageux de l'invention, l'ensemble comprenant l'élément à levier de rotation se fabrique globalement comme un coussinet d'arbre et de palier. Le levier de rotation qui transforme un mouvement axial d'un poussoir de boîte manométrique en un mouvement de rotation avec un pivot de levier, excentré, est fixé lors de l'extrusion sur un arbre de papillon par exemple en acier inoxydable, avec un blocage en rotation par rapport à l'arbre ainsi qu'un blocage en translation. Ce blocage du levier de rotation réalisé comme pièce extrudée peut se faire par des croisillons, un perçage transversal avec goupille ou un méplat de l'une des pièces au niveau de l'ajustage. La fabrication du levier de rotation y compris du pivot comme pièce extrudée est particulièrement simple et permet de fabriquer un ensemble de plusieurs pièces selon un niveau d'intégration poussé, de manière simple et peu coûteuse, puisque les éléments de fixation en rotation, distincts tels que les écrous, les rondelles de blocage, les anneaux de sciage ou analogues sont maintenant supprimés. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - les figures 1 et 2 montrent une réalisation d'un papillon d'étranglement avec des arbres de papillon mobiles en translation et en rotation avec des ensembles d'arbre et de palier en plusieurs pièces selon la technique connue, - la figure 3 montre une section de passage d'une tubulure d'admission dans le boîtier avec le papillon de régulation basculé en position d'ouverture, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie du dispositif d'arbre et d'insert d'étanchéité selon l'invention, - la figure 5 montre le dispositif d'arbre et d'insert de palier reçu dans la paroi de la tubulure d'admission, - les figures 6a, 6b, 6c montrent des dispositifs d'arbre de papillon, le coussinet et de levier de rotation réalisés sous forme d'une pièce composite extrudée. Description de modes de réalisation Les figures 1 et 2 montrent des modes de réalisation de papillons dont l'arbre est mobile en translation/ rotation, installé dans des coussinets de palier revêtus jusqu'à présent de PTFE ou encore de coussinets les entourant comme pièces particulières, avec un élément d'étanchéité particulier. La figure 1 montre un boîtier de papillon 2 traversé par un tube d'admission 3. Transversalement à la section d'écoulement 20 du tube d'admission 3, on a deux tiges de soupape 11 / 16 l'une derrière l'autre. La tige de papillon portant la référence 11 représente une tige mobile en translation dans la double direction des l'axe 12 ; cette tige peut être déplacée perpendiculairement à la direction d'écoulement dans le tube d'admission 3 par une boîte manométrique 13. La tige de papillon 11 coulissant dans la direction de translation, est munie d'un plateau qui ferme ou libère un siège de soupape 10 reçu par la paroi latérale 4 du tube d'admission 3 en fonction de la course axiale 12 de la tige 11. La tige de papillon 11 mobile dans la direction de translation par rapport à la section d'écoulement 20 dans le tube d'admission, porte en outre des surfaces de guidage 9 qui influencent l'écoulement du fluide passant par la section d'écoulement libre 20 du tube d'admission 3. Le côté extérieur du tube d'admission 20 représenté à la figure 1, a un filetage extérieur 5 ainsi qu'un joint 8 installé derrière le filetage extérieur 5. Le filetage extérieur 5 permet de raccorder une conduite au tube d'admission 3 et ainsi au boîtier de soupape 2, par exemple la conduite d'amission d'un moteur à combustion interne. La boîte manométrique 13 représentée par une demi-coupe, déplace la tige de soupape 11 en direction de la double flèche 12. Pour cela, la paroi 4 du tube d'admission comporte un palier 6, revêtu dans lequel est insérée une pièce complémentaire constituée par un joint d'arbre 7. La tige de soupape 11 avec la boîte de pression 13 ou une membrane de la boîte de pression 13 sont reliées par une liaison encliquetée. Le segment du tube d'admission 3 situé en aval comporte un arbre à papillon 16 mobile en rotation qui reçoit par un support de papillon, un élément de régulation en forme de papillon 1, circulaire ou elliptique. La périphérie extérieure de l'élément de régulation en forme de papillon 1 peut être à la fois exactement circulaire ou avoir un tracé elliptique 22. Au niveau du point de palier 21, l'axe du papillon 16 est reçu dans la paroi latérale du tube de soupape 3 alors que l'extrémité opposée de l'arbre 16 du papillon est montée à rotation avec un embout également dans la paroi 4 du tube d'admission 3. A l'extrémité à l'opposé du point de palier 21 de l'arbre de papillon 16, celle-ci est munie d'un levier de rotation 14. Entre le levier de rotation 14 et la paroi intérieure 4 du tube d'admission 3, on a un téton muni en plus d'une enveloppe 18 fermée ainsi que d'un joint d'étanchéité d'arbre 7 appliqué contre cette surface latérale. Une boîte manométrique portant la référence 17 reçoit d'une manière non détaillée à la figure 1, un pivot de rotation 19 en position excentrée par rapport à l'axe de rotation du levier tournant 14 pour transformer le mouvement axial de la boîte à dépression 17 en un mouvement rotatif de l'arbre 16. La figure 2 montre également une coupe du boîtier à papillon 2, selon un autre plan de coupe que celui de la figure 1. Dans cette configuration selon l'état de la technique, la section de passage 20 dans le tube d'admission 3 est réglable par un volet (papillon) 1, monté de manière pivotante. Le papillon 1 est monté pivotant dans deux paliers opposés et avec son contour extérieur 22, il forme dans une très large mesure un intervalle avec la paroi intérieure 4 du tube 3. Le papillon 1 comporte des nervures de rigidification et la pièce 16 en forme d'axe est entourée par un manchon 18 au niveau du levier de rotation 14 avec également un joint d'arbre 7. La configuration de la figure 2 montre le pivot 19 installée de manière excentrée sur le levier de rotation 14. Le pivot 19 est entouré par un poussoir relié à une boîte manométrique, encapsulée, prévue extérieurement sur le boîtier 2 du papillon. En appliquant une pression ou une dépression à la boîte manométrique 17, le poussoir dont l'extrémité inférieure entoure l'articulation de pivot 19 à la manière d'une calotte, produit un mouvement de montée et de descente transformé par l'articulation 14 portée de manière excentrée par le levier de rotation 14 en un mouvement de rotation de l'arbre 16 du papillon autour de son axe. On agit ainsi sur le papillon de réglage 1, relié solidairement au support 15 de l'arbre 16 pour en modifier la position angulaire et influencer la section de passage 20 dans la tubulure d'admission 3 pour libérer le passage totalement ou partiellement ou fermer complètement la section de passage 20. La représentation de la figure 3 montre plus clairement le boîtier 2 du papillon dont le côté extérieur est muni de la boîte manomé- trique 17 dont apparaît le contour extérieur. Le boîtier de papillon 1 peut être fixé au moteur à combustion interne par de nouveaux perçages, par brides ; à la figure 3, il est représenté avec le papillon de réglage 1 tourné en position d'ouverture libérant la section de passage maximale 20 de la tubulure d'aspiration 3. Le papillon de réglage 1 est tenu de manière pivotante par une pièce en forme d'arbre et le montage peut être rigidifié par des nervures 32. La figure 4 montre le détail du dispositif de palier d'étanchéité selon l'invention. La figure 4 montre un détail à échelle agrandie de la zone de la paroi 4 de la tubulure d'admission 3. La paroi 4 de la tubulure d'admission 3 comporte une surface formant siège 25, mise en forme mu- nie d'un perçage traversant. La surface de siège 25 du perçage traversant reçoit un élément formant palier 24 dont le côté supérieur est muni d'une surface frontale 30 ; au niveau de sa surface de montage, cette pièce présente un congé d'introduction 29. L'élément de palier 24 est muni d'un perçage traversant 26 logeant un embout de la pièce 16 configurée en forme d'arbre. A la périphérie extérieure de l'élément de palier 24, dans sa direction axiale, il y a des parties en saillie 23 de forme annulaire, écartées les unes des autres. Les parties en saillie 23 peuvent entourer de manière annulaire toute la périphérie extérieure de l'élément de palier 24 ; ces parties en saillie peuvent également avoir un contour en forme de crochet qui permet une liaison par la forme avec la surface intérieure du perçage traversant prévu dans la surface formant siège 25. Les parties en saillie 23 réalisées dans l'élément de palier 24 permettent de monter cette pièce par une liaison par la forme dans la surface intérieure de sa surface formant siège 25. Ainsi sa surface frontale 30 est en regard d'un élément de levier de rotation 14 extrudé également sur l'élément en forme d'arbre 16. La figure 4 montre en outre que l'embout de la pièce en forme d'arbre 16 qui traverse l'élément de palier 24 devient, au niveau de la paroi intérieure 4 de la tubulure d'aspiration 3, le papillon de réglage 1 qui règle la section de passage 20 dans la tubulure d'admission 3 et dont la surface périphérique porte la référence 22. Selon une réalisation avantageuse de l'invention pour l'élément de palier 24 recevant la pièce en forme d'arbre 16, cette pièce 16 peut être en acier inoxydable alors que l'élément de palier 24 représenté à échelle agrandie à la figure 4 peut être en laiton. Le choix des matériaux utilisés détermine dans une mesure importante la précision de l'usinage et ainsi l'étanchéité que l'on peut obtenir grâce à un intervalle étroit entre les composants tournant l'un par rapport à l'autre. Dans le présent exemple de réalisation selon la figure 4, pour un diamètre de palier de 3 mm de l'embout de la pièce 16 en forme d'arbre et ainsi un diamètre de 3 mm du perçage traversant dans l'élément de palier 24 en laiton, on peut avoir un jeu de paliers compris entre 0,01 mm et 0,03 mm. Pour une différence de pression de 1 bar entre le côté intérieur de la paroi tubulaire 4 et le côté de branchement de la boîte ma- nométrique 17, on aura pour cet intervalle d'étanchéité, une perte de débit volumique de 0,5 t/min, dans l%ypothèse où comme indiqué, la différence de pression est égale seulement à 1 bar. Le choix des matières de l'élément de palier 24 et de l'arbre 16 du papillon peut être modifié dans une plage très étendue ; le choix détermine la précision de l'usinage du fait des deux matières, dans une très grande mesure pour la configuration et la réduction possibles de l'intervalle d'étanchéité et ainsi la qualité de l'effet d'étanchéité réalisé de cette manière. La vue de la figure 5 montre la configuration de montage de l'arbre de papillon 16 selon l'invention avec l'élément de palier 24 formé sur celui-ci et le dispositif de rotation 14, 19 extrudé sur celui-ci. L'arbre de papillon 16 est logé d'un côté dans le palier 21 dans la paroi 4 de la tubulure d'aspiration 3 alors que dans le côté opposé de la paroi 4 de la tubulure d'aspiration 3, on a un prolongement 33 dans lequel est intégré un élément de palier 24 (à comparer avec la vue de la figure 4). De façon adjacente à la surface frontale 30 de l'insert de palier 24 en laiton, on a extrudé sur l'arbre 16 du papillon, un levier de rotation 14 ; ce levier peut être par exemple réalisé par extrusion de matière plastique sur l'arbre 16 du papillon. Ce levier peut comporter avantageusement un pivot de rotation 19 excentré par rapport à l'axe de rotation du levier tournant 14, ce pivot étant extrudé et comme le montre la figure 2, il peut être relié par un poussoir à une boîte manométrique 17, 13. Pour le blocage en rotation du levier pivotant 14 à la surface périphérique de l'arbre de papillon 16 par exemple en acier inoxydable et portant le papillon de régulation 1, on prévoit un méplat entre le levier de rotation 14 et l'arbre 16, un perçage traversant avec une goupille ou autre moyen de blocage en rotation, évitant à la fois le coulissement axial du pivot 19 du levier de rotation ou sa rotation par rapport à l'arbre 16 autour de son axe de rotation. Selon la vue des figures 6a, 6b, 6c, on a une possibilité de réalisation préférentielle de l'ensemble formant l'arbre 16 selon l'invention. L'arbre 16 peut être muni au niveau de sa section de passage libre, d'un profil 31 à plusieurs facettes qui peut être soit un profil à quatre facettes portantes, soit à six facettes, comme le montre la figure 6a ; en théorie, n'importe quel autre profil de blocage en rotation est possible. L'extrémité de l'arbre de papillon 16 à l'opposé de la boîte manométrique 13, 17 respective, comporte un embout rétréci entouré par l'élément de palier 24 et dont le contour extérieur forme quelques saillies 23 écartées dans la direction axiale pour une liaison par la forme. Les parties en saillie 23 qui réalisent la liaison par la forme dans la paroi 4 au niveau de la surface formant siège 25, peuvent être des anneaux ou des parties en saillie 23 en forme de crochets, assurant le montage de l'élément de palier 24 solidairement en rotation dans la surface formant siège 25 de la paroi 4 de la tubulure d'admission 3. En regard de la face frontale 30 de l'élément de palier 24 par exemple en laiton, on a une partie extrudée 27 fixée à l'embout de section diminué de l'arbre 16 du papillon. La partie extrudée peut être réalisée de manière préférentielle en extrusion de matière plastique, et son montage solidairement en rotation et bloqué dans la direction axiale sur l'élément de section diminué de l'arbre 16 du papillon est assuré par un méplat non détaillé ici, un perçage traversant, un perçage transversal, une goupille ou un moyen analogue. La pièce en matière plastique 27 qui constitue le levier de rotation 14 représenté dans les figures précédentes, est munie au niveau de sa surface frontale, d'un pivot 19 actionné à partir de la boîte manométrique. Selon la vue des figures 6a et 6c, la pièce 16 constituant l'arbre du papillon est une pièce intégrée formée de trois sous-ensembles à savoir l'arbre du papillon en acier inoxydable, l'élément de palier 24 porté par la pièce et créant l'effet d'étanchéité et la pièce à levier de rotation 14 adjacente, extrudée sur l'arbre. Ainsi au montage du boîtier du papillon, on supprime le préassemblage de l'arbre du papillon 16 sur le boîtier 2, car cet ensemble complètement préassemblé, s'engage dans le palier 21 du boîtier 2 et dans sa surface formant siège 25 en étant directement monté. Le dispositif à levier de rotation 14 fabriqué comme pièce en matière plastique 27 peut avantageusement être muni de cavités 34 dirigées radialement par rapport à l'extension axiale de l'arbre 16 du papillon. La cavité 28 permet une déformation limitée du levier de rotation réalisé comme pièce en matière plastique extrudée formant le levier de rotation dont la surface frontale porte de manière excentrée le pivot de rotation 19. NOMENCLATURE 1 Papillon de régulation 2 boîtier de papillon 3 tubulure d'admission 4 paroi de la tubulure d'admission 5 prolongement fileté 6 palier revêtu 7 joint d'étanchéité d'arbre 8 joint 9 surface de guidage 10 siège d'étanchéité 11 tige de translation 12 course axiale 13 axe de rotation 14 levier de rotation 15 support de papillon 16 arbre de papillon 17 boîte manométrique 18 manchon 19 pivot de rotation 20 section de passage libre 21 palier d'arbre 22 périphérie 23 partie en saillie 24 coussinet de palier 25 surface formant siège 26 perçage traversant 27 pièce en matière plastique extrudée 28 cavité 29 congé de montage 30 surface frontale 31 surface formant siège de papillon 32 nervures 33 prolongement 34 cavité. REVENDICATIONS l') Dispositif d'étanchéité de palier pour le montage d'une première pièce (1, 16) dans une seconde pièce (3), une pièce (16) en forme d'arbre recevant la première pièce (1), en translation ou en rotation par rapport à la seconde pièce (3) et la première pièce (1, 16) comporte un élément de palier (24), caractérisé en ce que la pièce (16) en forme d'arbre intègre par extrusion, un dispositif de levier de rotation (14, 19) et entre le perçage traversant (26) de l'élément de palier (24) et la zone d'extrémité de la pièce en forme d'arbre (16), on a un intervalle d'étanchéité dépendant de l'ajustage. 2 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à levier de rotation (14, 19) est réalisé par extrusion de matière plastique sur la pièce en forme d'arbre (1, 16). 3 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de palier (24) est muni de parties en saillie (23, 29) permettant une liaison par la forme avec une surface formant siège (25). 4 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties en saillie (23) sont des bossages annulaires prévus sur l'élément de palier (24). 5 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties en saillie (23) ont une forme de crochet. 6 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif à levier de rotation (14, 19) est monté par une liaison de forme sur la pièce en forme d'arbre (16). 7 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif à levier de rotation (14, 19) est fixé à la pièce en forme d'arbre (16) par des bords en croisillons, les perçages transversaux ou des méplats. 8 ) Dispositif d'étanchéité de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce en forme d'arbre (16) est en acier inoxydable et l'élément de palier (24) en laiton.