Brevet FR2828921A1 — publié le 20030228

Dispositif d'étanchéité entre deux éléments de machine, notamment entre un carter et un arbre La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour établir l'étan- chéité d'un premier élément de machine, notamment d'un caIter, vis-à-vis d'un se- cond élément de machine, notamment d'un artre de transmission ou de moteur, comprenant: - un premier élément-support annulaire qui présente de prétérence une section en forme de L et est relié au premier élément de machine, o - un second élément-support annulaire qui présente de préférence une section en forme de L et est relié au second élément de machine, - un premier joint d'étanchéité qui est lié à fun des deux éléments-supports, de préférence au premier élément-support, et est en contact frottant avec l'autre élément-support, de préférence le second élément-support. s Des dispositifs *étanchéité du type cité au début sont connus comme "en sembles d'étanchéité préassemblés". Un tel ensemble est décrit par exemple dans le document EP 0 807 775 A1. Le úait que le joint d'étanchéité est réalisé sous la forme d'un ensemble pré a s semblé permet d' obtenir une op ération de montage p arti culièrement simple du dispositif d'étanchéité. o Les exigences concernant les dispositifs d'étanchéité du type décrit sont de plus en plus rigoureuses. Par exemple, dans le domaine de la construction automo bile, on exige que le joint assure une étanchéité efficace, même lorsqu'un essieu de véhicule équipé d'un tel joint d'étanchéité est temporairement iromergé dans l'eau, méme dans un tel cas, le joint do* rester imperméable aux fluides, de manière à s continuer à protéger le palier du vilebrequin. Par conséquent, la présente invention a pour but de créer un dispositif d'étanchéité du type cité au début qui, comparé aux joints d'étanchéité connus, pré sente une meilleure capacité d'étanchéfflcation vis-à-vis d'un fluide qui est appliqué depuis le côté sur ledit dispositif d'étanchéité et a tendance à s'écouler en direction de l'autre côté du joint d'étanchéité. En outre, le dispositif d'étanchéité doit se carac tériser par un montage particulièrement facile. Ce but de l'invention est atteint par le fait que l'élément-support auquel le premier joint d'étanchéité n'est pas lié porte un second joint d'étanchéité qui est en appui frottant sur l'élément de machine auquel est relié l'autre élémentsupport. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le premier élément de machine est stationnaire et le second élément de machine tourne par rapport audit premier élément. 11 est particulièrement avantageux lorsque le second joint d'étanchéité est ré alisé en forme de rondelle. En outre, on obtient un fonctionnement à faible frotte ment du dispositif d'étanchéité lorsque le second joint d'étanchéité est réalisé en polytétrailuoroéthylène) (PTÉE). n est avantageux lorsque, dans la zone de contact frottant avec l'élément de machine, le second joint d'étanchéité présente un contour dont la section transver sale a sensiblement la forme d'un quart de cercle. En particulier, le tronçon en forme de quart de cercle du second joint d'étanchéité peut former une ouverture qui est orientée dans la direction opposée à l'élément-support auquel est lié le premier o joint d'étanchéité. Ainsi, on peut obterur que le fluide qui arrive sur le dispositif d'étanchéité depuis le côté ait pour effet de presser le second joint d'étanchéité contre l'élément de machine sur lequel ledit joint est en appui frottant. Ai;n de pouvoir évacuer le fluide qui a malgré tout éventuellement pénétré dans la région du joint, il est prévu, conformément à l'invention, que, dans la zone de contact frottant entre le second joint d'étanchéité et l'élément de machine, des rainures en hélice soient aménagées dans la surface du joint d'étanchéité ou dans la surface de l'élément de machine, lesquelles rainures produisent un effet de transport de fluide lors de la rotation du second joint d'étanchéité par rapport à l'élément de machine. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la liaison du premier joint d'étanchéité avec l'un des éléments-supports etlou la liaison du second joint d'étanchéité avec l'autre élément-support peut être établie de façon indirecte à l'aide d'une matière élastomère. Selon un aspect de l'invention, le montage de l'ensemble du dispositif d'étanchéité peut être simplibé par le fait que le second joint d'étanchéité présente, au moins dans des portions périphériques définies, des bossages qui s'étendent dans la direction axiale et sont orientés en direction de l'autre élément-support. Au ni veau de leur surface de contact avec l'autre élément-support, ces bossages peuvent étre pourvus d'un revêtement en PTFE, ce qui réduit le frottement à cet endroit. so De manière avantageuse, les éléments-supports peuvent être appliqués par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité statique contre l'élément de machine respec tif. Concernant l'agencement de ce joint statique, il peut être prévu que ledit joint comporte une pluralité de nervares radialement saillantes qui sont réparties sur la périphérie et s'étendent au moins pour une grande part dans la direction axiale du dispositif d'étanchéité; en particulier, l'axe lontudinal des nervures et la direction axiale du dispositif d'étanchéité peuvent former un petit angle entre eux. De préfé rence, cet angle est compris entre 3 et 10 . Cet agencement a pour effet que le dis positif d'étanchéité peut être monté facilement et présente un bon comportement en service, ce qui sera expliqué en détail plus loin. s Selon un mode de réalisation avantageux, à l'état non monté du dispositif d'étanchéité, les nervures peuvent présenter un diamètre intérieur qui est plus petit que le diamètre du second élément de machine. Pour améliorer l'étanchéité statique, on peut prévoir, dans la zone d'extrémi té axiale des nervures, des lèvres d'étanchéité qui s'étendent sur tout le pourtour. o Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le montage est facilité no tamment par le fait que l'un des éléments-supports entoure à la manière d'un man chon l'un des éléments de machine et qu'il existe un ajustement avec jeu ou ajuste ment de transition entre ledit élément-support et ledit élément de machine. L'agencement conforme à l'invention permet de créer un dispositif d'étan chéité très fiable qui conserve sa fonction de joint, méme en présence *une sur pression relativement élevée. En méme temps, le dispositif d'étanchéité est facile à monter, tout en offrant un fonctiormement avantageux lors du service. L'invention sera rnieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, sur lesquels o la figure 1 représente une coupe radiale schématique d'un dispositif d'étan chéité, et la {igure 2 représente une vue en perspective schématique du second élé ment-support, à savoir de la bague de frottement, du dispositif d'étanchéité. Le dispositif d' étanchéité 1 représenté dans la figure 1 établit l' étanchéité s d'un prernier élément de machine 2, à savoir d'un carter, vis-à-vis d'un second élé ment de machine 3, à savoir d'un arbre. Le dispositif d'étanchéité 1 est réalisé sous la forme lune cassette, c'està-dire d'un ensemble préassemblé. A cet efet, un premier élément-support 4 est prévu en tant que tale encastrée et un second élé ment-support 5 est prévu en tant que bague de frottement du dispositif d'étanchéité. o Un premier joint d'étanchéité 6 est lié au premier élément-support 4 à l'aide d'une matière élastomère 11. A l'état monté du dispositif d'étanchéité 1, ce premier joint 6 est en appui sur la partie d'extrémité gauche du second élément-support 5 qui s'étend dans la direction axiale et est conformée en manchon. Un second joint d'étanchéité 7 est disposé sur la bague de frottement, c'est-à s dire sur le second élément-support 5, et est fisé à l'aide d'une matière élastomère 12. Ce second joint d'étanchéité 7 est en contact frottant dans une zone de contact 8 située entre le second joint d'étanchéité 7 et le carter 2. Comme on le voit dans la figure, dans cette zone, le second joint d'étanchéité 7 comporte une portion 9 en forrne de quart de cercle. L'ouverture 10 de cette portion 9 en quart de cercle du second joint d'étanchéité 7 est orientée dans la direction opposée au premier joint d'étanchéité 6. Ainsi, on obtient que, en présence d'une pression fluidique exercée depuis le côté, conformément à la gure 1, l'extrémité du second joint d'étanchéité 7 située radialement à l'extérieur soit pressée contre le carter 2, ce qui empêche ou géne considérablement la pénétration du liquide en direction du premier joint 6. Au o cas o un fluide pénétrait néanmoins dans le dispositif d'étanchéité 1 depuis la droite, une rainure en hélice non représentée, qui est aménagée dans le carter 2 ou dans la partie du second joint d'étanchéité 7 située radialement à l'extérieur, crée de manière connue un effet de refoulement. L'étanchéité du premier élément-support 4 vis-à-vis du carter 2 est établie au moyen d'un joint statique 14. De manière analogue, l'étanchéité du second élément- support 5 vis-à-vis de l'artre 3 est établie au moyen du joint statique 15. Le joint d'étanchéité statique 15 qui est placé entre la bague de frottement 5 et l'arbre 3 est agencé de la manière suivante: comme le montre notamment la fi- gure 2, des nervures 16 sont réparties de façon équidistante sur le pourtour de la o bague de f ottement 5. Dans le présent exemple de réalisation, ces nervures ont sensiblement la forme de demi-cylindres. Elles font saillie dans la direction radiale, vers l'arbre 3, le diamètre intérieur Ds des nervures 16, à l'état non monté du dispo- sitif d'étanchéité, étant inférieur au diamètre Dw du second élément de machine, c'est-à-dire de l'arbre 3. De ce fait, lorsque le dispositif est monté, les nervures 16 :5 sont appliquées avec précontrainte contre l'artre 3. D'autre part, il est prévu que l'axe longitudinal 17 des nervures 16 forme un petit angle a avec la direction axiale du dispositif d'étanchéité. Vu dans la direction axiale, les nervures 16 sont délimitées sur chaque côté par une lèvre d'étanchéité 18 ou 19 statique qui assure une étanchéité statique opti male. Cet agencement permet d'obtenir les efets suivants: pour réaliser le mon- tage, l'ensemble du dispositif d'étanchéité 1 peut étre glissé axialement, en tant qu'unité, sur l'arbre 3 et dans l'alésage du caTter 2. Les bossages 13, qui s'étendent dans la direction asiale, vers la tôle encastrée 4, et - comme le montre la figure 2 peuvent être aménagés dans certains tronc,ons du pourtour, exercent une pression sur la t81e encastrée 4 au cours du montage, de sorte que l'ensemble du dispositif d'étanchéité 1 puisse étre avancé par coulissement axial dans sa position finale. Lors du fonctionnement, un revêtement en PTFE des bossages 13 garantit qu'il n'existe à cet endroit qu'un faible frottement sur la t81e encastrée 4, qui n'a pas d'effet génant. Néanmoins, lors du fonctionnement, le dispositif d'étanchéité 1 tend de toute façon à occuper une position, dans laquelle il y a pas de contact entre les bossages 13 et la tole encastrée 4, et cela pour la raison suivante: le petit angle a formé paT les nervures 16 provoque un léger effet de rappel lors du fonctionnement du dispositif d'étanchéité, ce qui entra^ne un écartement minimal des bossages 13 o de la tole encastrée 4. Par conséquent, le profil asymétrique des éléments d'étan- chéité 14, 15 statiques est prévu tel que les forces de rappel exercées par la matière élastomère écartent le bossage 13 de la tole encastrée 4. Iorsque le dispositif d'étanchéité est en service, il y a donc pas de frottement à cet endroit. D'autre part, le montage du dispositif d'étanchéité est facilité pa un ajuste s ment avec jeu ou ajustement de transition entre l'artre 3 et le second élément- support 5. Le montage est facilité par le fait que les flancs des nervures sont réali- sés avec une forme asymétrique. La solution proposée par la présente invention permet notamment de procé- der à un montage ultérieur sur un arbre, avec utilisation d'un ensemble ou préas o semblé cassette. Le dispositif d'étanchéité assure un positionnement précis de la bague de f ottement 5 par rapport au premier joint d'étanchéité 6; l'étanchéité à l'huile est établie par le premier joint 6, tandis que le second joint 7 sert avant tout de protection contre les saletés et l'eau. De ce fait, le dispositif d'étanchéité convient particulièrement bien à une utilisation dans le domaine de la construction automobile et notamment à des applications tous-terrains. Le second joint d'étanchéité 7 est agencé de manière telle que la pression exercée de l'extérieur par un fluide renforce l'action d'étanchéfflcation de ce joint contre l'alésage du carter 2. Ies fLuides qui ont néanmoins pénétré peuvent être re- foulés vers l'extérieur, sous l'action de la force centrifuge de la bague de frottement o 5, o ils peuvent étre évacués du dispositif d'étanchéité - de préférence grâce à l'aménagement de rainures en hélice à cet endroit. Revendications 1. Dispositif d'étanchéité (1) pour établir l'étanchéité d'un premier élément de machine (2), notamment d'un carter, vis-à-vis d'un second élément de machine s (3), notamment d'un arbre de transmission ou de moteur, comprenant: - un premier élément-support (4) annulaire qui présente de préférence une section en forme de L et est relié au premier élément de machine (2), - un second élément-support (5) annulaire qui présente de préférence une section en forme de L et est relié au second élément de machine (3), o - un premier joint d'étanchéité (6) qui est lié à fun des deux éléments-supports (4, ), de préférence au premier élémentsupport (4), et est en contact frottant avec l'autre élément-support (5, 4), de préférence le second élément-support (5), caractérisé en ce que l'élément-support (5) auquel le premier joint d'étanchéité (6) n'est pas lié porte un second joint d'étanchéité (7) qui est en appui frottant sur l'élé s ment de machine (2) auquel est relié l'autre élément-support (4). 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prernier élément de machine (2) est stationnaire et le second élément de machine (3) tourne par rapport audit premier élément (2). 3. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, o caractérisé en ce que le second joint d'étanchéité (7) est réalisé sous forme de ron delle. 4. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelcouque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second joint d'étanchéité (7) est en PTFE. 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, s caractérisé en ce que, dans la zone de contact frottant (8) avec l'élément de machine (2), le second joint d'étanchéité (7) présente un contour dont la section transversale a sensiblement la forme d'un quart de cercle. 6. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tronçon (9) en forme de quart de cercle du second joint d'étanchéité (7) forme une so ouverture (10) qui est orientée dans la direction opposée à l'élément-support (4) auquel est lié le premier joint d'étanchéité (6). 7. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans la zone de contact frottant (8) entre le second joint d'étanchéité (7) et l'élément de machine (2), des rainures en forme de spirales sont aménagées dans la surface du joint d'étanchéité (7) ou dans la surface de l'élément de machine (2), lesquelles rainures produisent un effet de transport de fluide lors de la rotation du second joint d'étanchéité (7) par rapport à l'élément de machine (2). 8. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la liaison du premier joint d'étanchéité (6) avec l'un des élé ments-supports (4) et/ou la liaison du second joint d'étanchéité (7) avec l'autre élé- ment-support (5) est établie de façon indirecte à l'aide d'une matière élastomère (11, 12). 9. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelcouque des revendications 1 à 8, caractéIisé en ce que le second joint d'étanchéité (7) présente, au moins dans des o portions périphériques définies, des bossages (13) qui s'étendent dans la direction axiale et sont oIientés en direction de l'autre élément-support (4). 10. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément-support (4, 5) est appliqué par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité statique (14, 15) contre l'élément de machine (2, 3). 11. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 10, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité statique (15) comporte une pluralité de nervures (16) radialement saillantes qui sont réparties sur la périphérie et s'étendent au moins pour une grande part dans la direction axiale du dispositif d'étanchéité. 12. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 11, caractérisé en ce que o l'axe longitudinal (17) des nervures (16) et la direction axiale du dispositif d'étan- chéité forment un petit angle (a) entre eux. 13. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'angle (a) est compris entre 3 et 10 . 14. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caracténsé en ce que, à l'état non monté du dispositif d'étanchéité, les nervures (16) présentent un diamètre intérieur (Ds) qui est plus petit que le diamètre (Dw) du second élément de machine (3). 15. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelcouque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que, dans la zone d'extrémité axiale des nervures (16), il est prévu des lèvres d'étanchéité (18, 19) qui s'étendent sur tout le potour. 16. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendicahons 1 à 15, caractérisé en ce que l'un (5) des éléments-supports- entoure- à la manière d'un man- chon l'un (3) des éléments de machine et en ce qu'il existe un ajustement avec jeu ou ajustement de transition entre ledit élément-support (5) et ledit élément de ma