Brevet FR2842137A1 — publié le 20040116

L'invention concerne un procédé de fabrication de soufflets déroulants en un élastomère pouvant être moulé par injection. Des soufflets déroulants de ce type sont principalement utilisés pour assurer l'étanchéité de deux pièces pouvant fléchir angulairement l'une par rapport à l'autre, notamment en étant en rotation. Une application typique est ici constituée par l'étanchéité de joints homocinétiques de rotation. Dans ce cas, un tronçon cylindrique de diamètre plus faible est placé sur un arbre relié à une première partie de joint, et un bourrelet annulaire de diamètre plus important est relié directement ou par un élément intermédiaire à la seconde partie de joint. Entre le tronçon cylindrique cité en premier lieu et le bourrelet annulaire de diamètre plus grand, s'étend une paroi déroutante en règle générale de forme en demi tore. Lors d'un mouvement de flexion angulaire des deux parties de joint citées l'une par rapport à l'autre, le rayon de courbure de la paroi déroutante diminue du côté intérieur de l'angle, et le rayon de courbure de la paroi déroutante augmente du côté extérieur de l'angle. Pour un joint en rotation, en position de flexion, cette variation de courbure dans la paroi déroutante est en révolution correspondante sur la périphérie, de sorte que chaque point de la paroi déroutante, pendant un tour de rotation complet de 3600, passe par un maximum de courbure et un minimum de courbure. Cela engendre un travail interne de foulage intense pouvant conduire à une élévation de température dans le soufflet déroulant et à des dommages. Les soufflets déroulants de type connu présentent déjà de par leur fabrication, dans leur forme initiale, dans la zone de leur paroi déroutante, des contraintes de traction positives, de sorte que lors de la révolution du soufflet déroulant en position de flexion, ces contraintes varient périodiquement autour de la valeur initiale, ce qui signifie qu'elles sont en particulier également augmentées nettement au- dessus de leur valeur initiale. Cela conduit à des limites de sollicitation étroites pour le soufflet déroulant, relativement à l'angle admissible et/ou aux vitesses de rotation admissibles. A partir de là, le but de la présente invention consiste à fournir un procédé de fabrication de soufflets déroulants conduisant à des soufflets déroulants pouvant être sollicités de manière plus intense. Ce but est atteint d'après une première solution, grâce à un procédé de fabrication d'un soufflet déroulant en un élastomère pouvant être moulé par injection, comprenant les étapes suivantes: moulage par injection d'un corps de base constitué d'un tronçon cylindrique et d'un tronçon d'évasement, retournement du corps de base de façon à ce que le côté extérieur vienne se placer à l'intérieur et le côté intérieur à l'extérieur, retroussement du tronçon d'évasement vers l'extérieur de sorte qu'il vienne se placer partiellement à l'extérieur du tronçon cylindrique et forme une paroi déroutante. Il en résulte un soufflet déroulant du type de ceux cités en introduction, qui comporte un tronçon cylindrique pour la fixation sur un arbre, et une paroi déroutante courbée en forme de demi tore, à l'extrémité libre de laquelle peut être formé un bourrelet pour la fixation à une seconde pièce. Le soufflet déroulant ainsi fabriqué présente, dans l'état initial, dans la zone critique du pli déroulant, sensiblement moins de contraintes que des soufflets déroulants de même forme, selon l'état de la technique. La zone critique du pli déroulant est ici la ligne des sommets de la paroi déroutante courbée en forme de demi tore. Le produit résultant du procédé ici indiqué possède ainsi, certes, la même configuration que des soufflets déroulants selon l'état de la technique, mais se distingue toutefois de ceux-ci par ses états de contrainte interne. L'invention englobe ainsi directement à part entière le produit fabriqué par le procédé. On renoncera ici à une définition du produit par ses états de contrainte interne (produit résultant du procédé). Le but est atteint d'après une seconde solution, grâce à un procédé de fabrication d'un soufflet déroulant en un élastomère pouvant être moulé par injection, comprenant les étapes suivantes: moulage par injection d'un corps de base constitué d'un tronçon cylindrique et de deux tronçons d'évasement se raccordant de part et d'autre du tronçon cylindrique, retournement du corps de base de façon à ce que le côté extérieur vienne se placer à l'intérieur et le côté intérieur à l'extérieur, retroussement des tronçons d'évasement vers l'extérieur de sorte qu'ils viennent se placer partiellement à l'extérieur du tronçon cylindrique et forment des parois déroutantes. Selon ce procédé on obtient un type non encore décrit plus haut d'un soufflet déroulant, qui englobe un tronçon intermédiaire cylindrique et deux parois déroutantes en forme de demi tore comportant des bourrelets de fixation à leurs extrémités extérieures libres, qui peuvent être reliés respectivement à deux pièces de rotation différentes, pouvant subir une flexion angulaire réciproque l'une par rapport à l'autre et/ou pouvant coulisser axialement l'une par rapport à l'autre. En raison de la réalisation double de la paroi déroutante, les soufflets déroulants de ce type sont particulièrement adaptés à des courses de coulissement axial importantes et des angles de flexion importants. Les variations précédemment citées des diamètres de courbure de la paroi déroutante, et ainsi les variations périodiques des états de contrainte dans la paroi déroutante, apparaissent ici également au niveau des deux parois déroutantes. La sollicitation est toutefois moindre pour un angle de flexion prédéterminé et une vitesse de rotation prédéterminée, en raison de la répartition sur deux parois déroutantes, ou bien il est possible, le cas échéant, d'absorber des mouvements angulaires plus importants avec un soufflet déroulant de ce type. Ici également, endehors du procédé de fabrication du soufflet déroulant, le produit obtenu est lui-même également d'une constitution nouvelle quant à ses états de contrainte, c'est à dire que le produit, pour une forme extérieure non modifiée, présente une structure de contraintes internes modifiée. On renoncera toutefois à la définition directe de cette structure de contraintes. Le produit est au contraire défini par le procédé de fabrication (produit résultant du procédé). Selon un mode de configuration favorable, il est prévu que le tronçon ou les tronçons d'évasement soient moulés par injection avec une forme de base sensiblement conique, et d'autre part que les tronçons d'évasement soient moulés par injection avec une épaisseur de paroi décroissante, du tronçon cylindrique en direction de l'extrémité libre. Les tracés cités des tronçons d'évasement facilitent la fabrication et sont favorables dans l'optique d'une sollicitation sensiblement uniforme partout. Par ailleurs, il est proposé que le tronçon cylindrique soit moulé par injection avec une rainure annulaire située à l'intérieur de l'extrémité libre et destinée à recevoir une bande de serrage ou un collier de serrage, et que le tronçon ou les tronçons d'évasement soient moulés par injection avec des bourrelets annulaires situés à l'intérieur de leur extrémité libre. Suite au retournement, la rainure annulaire parvient sur l'extérieur. Les bourrelets annulaires parviennent tout d'abord, par le retournement, de l'intérieur vers l'extérieur, puis par le retroussement qui suit, à nouveau vers l'intérieur, en étant dirigés vers le tronçon cylindrique. Des exemples de réalisation préférés sont représentés, en comparaison avec l'état de la technique, sur les dessins annexés, qui vont être décrits dans la suite et qui montrent Fig. 1 un soufflet déroulant selon l'état de la technique a) après le moulage par injection, en coupe longitudinale, b) après le retroussement pour arriver à la forme définitive d'utilisation, selon une demi-coupe longitudinale; Fig. 2 un soufflet conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation a) après le moulage par injection, en coupe longitudinale, b) après le retournement conforme à l'invention, en demi-coupe, c) après le retroussement pour arriver à la forme définitive d'utilisation, selon une demi-coupe; Fig. 3 un soufflet conforme à l'invention, selon un second mode de réalisation a) après le moulage par injection, en coupe longitudinale, b) après le retournement conforme à l'invention, en demi- coupe, c) après le retroussement pour arriver à la forme définitive d'utilisation, selon une demi-coupe. Sur toutes les figures sont représentés des états de contrainte dans la paroi du soufflet déroulant en tant que valeurs de diagramme en barres par rapport à une ligne nulle, les contraintes de traction étant indiquées par des valeurs positives et les contraintes de compression par des valeurs négatives. La direction des valeurs positives est respectivement indiquée par une flèche représentée perpendiculairement à la ligne nulle, la direction des valeurs négatives étant opposée à cette flèche. Sur la figure 1, à savoir sur la représentation a), est montré, en coupe longitudinale, un soufflet déroulant il selon l'état de la technique, qui est moulé par injection en un élastomère susceptible d'être moulé par injection, tout d'abord selon une forme qui comprend un tronçon cylindrique 12 et un tronçon d'évasement 13 s'évasant ou s'élargissant de manière conique. Sous cette forme, le corps est libre de contraintes. Le tronçon cylindrique 12 sert ultérieurement à la fixation du soufflet déroulant sur un arbre et comprend une rainure annulaire 14 située à l'extérieur, dans laquelle peut venir s'engager une bande de serrage ou collier de serrage pour la fixation. Le tronçon d'évasement 13 comprend, à l'extrémité libre, un bourrelet 15 qui peut être enserré par un collet d'une douille de fixation pouvant être reliée à une pièce mobile angulairement par rapport à l'arbre précité. Dans la zone du tronçon cylindrique 12, l'épaisseur de paroi du corps de base est sensiblement constante. Le tronçon d'évasement présente une épaisseur de paroi, qui diminue du tronçon cylindrique en direction de l'extrémité libre. Sur la représentation b), le soufflet déroulant selon l'état de la technique, est montré selon une configuration d'achèvement apte à l'utilisation, le tronçon d'évasement qui a été retroussé par-dessus le tronçon cylindrique 12 n'ayant pas varié et formant à présent un tronçon de paroi déroutante 13' en forme de demi tore. Alors que la rainure annulaire 14 se situe toujours à l'extérieur sur le tronçon cylindrique, le bourrelet 15 est à présent dirigé radialement vers l'intérieur. En raison de l'accumulation de matériau du bourrelet annulaire, celui-ci conserve sensiblement son diamètre d'origine, tandis que dans la paroi de soufflet du tronçon de paroi déroutante 13', dont la forme à été modifiée, s'établissent des états de contrainte qui ont été indiqués par des profils de contrainte dans quelques sections sélectionnées. Dans la zone du tronçon cylindrique n'ayant pas varié, la contrainte Ci est égale à zéro, c'est à dire que la paroi est libre de contraintes. Au niveau du sommet de la zone de la paroi déroutante 13', la contrainte G2 est maximale. A proximité du bourrelet 15, la contrainte C3 est à nouveau moindre, mais toutefois également nettement différente de zéro. Sur le côté intérieur de la courbure règne respectivement une contrainte de compression, et sur le côté extérieur une contrainte de traction environ de même intensité. Sur la figure 2, à savoir sur la représentation a), est montré un soufflet déroulant 21 conforme à l'invention, dans sa forme achevée par moulage par injection, ce soufflet déroulant comportant un tronçon cylindrique 22 et un tronçon d'évasement 23 de forme conique. Sous cette forme, le corps est libre de contraintes. Le tronçon cylindrique sert en principe à la fixation sur un arbre, tandis que le tronçon d'évasement est déformé ultérieurement en un tronçon de paroi déroutante. Sur le tronçon cylindrique, on peut voir à l'intérieur, une rainure annulaire 24, qui servira ultérieurement à recevoir une bande de serrage ou un collier de serrage. Sur le tronçon d'évasement 23 est formé un bourrelet annulaire 25 dirigé vers l'intérieur, qui est reçu ultérieurement par un collet d'une douille de fixation. Sur la représentation b), est montré le soufflet déroulant conforme à l'invention, en demi-coupe, après une opération de retournement lors de laquelle le côté initialement à l'extérieur est passé à l'intérieur et le côté initialement à l'intérieur est passé à l'extérieur. La rainure annulaire 24 du tronçon cylindrique 22 se retrouve à présent à l'extérieur, conformément à sa fonction. Le bourrelet 25 sur le tronçon d'évasement 23 est de même également dirigé vers l'extérieur. Le tronçon d'évasement présente une forme purement conique. En raison de la modification de forme effectuée, des contraintes se sont déjà établies dans la paroi du soufflet. Dans ce cas, une contrainte 01, dans la zone du tronçon cylindrique est également différente de zéro, tout comme des contraintes a2', a3. dans la zone du tronçon d'évasement. Sur le côté extérieur du corps apparaissent des contraintes de traction et sur le côté intérieur du corps, des contraintes de compression. Comme le tronçon cylindrique n'est ensuite pas soumis, en service, à des déformations supplémentaires, la contrainte a1. existante peut être considérée comme non critique. Sur la représentation c) est à nouveau montré en demicoupe, le tronçon cylindrique 22 n'ayant pas varié, tandis que le tronçon d'évasement a maintenant été retroussé vers l'extérieur, en direction du tronçon cylindrique, pour former un tronçon de paroi déroutante 23'. Le bourrelet 25 est ainsi parvenu dans une position o il est dirigé radialement vers l'intérieur. Ici également, en raison de l'accumulation de matériau, le bourrelet 25 a sensiblement conservé le même diamètre que précédemment sur la figure b), tandis que la paroi déroutante 23' a été soumise localement à différentes variations de forme. Il en résulte des contraintes modifiées. L'état de contrainte résiduel (1 dans la zone du tronçon cylindrique est resté inchangé et différent de zéro, mais non critique tel que cela a été évoqué. D'autres contraintes résiduelles 62 dans la zone du sommet de la paroi déroutante 23', et 63 à proximité du bourrelet 25 ont par contre, après l'opération de retroussement, prises une valeur nulle ou sont devenues très faibles comparées à l'état de contrainte correspondant selon l'état de la technique d'après la figure 1. Les sollicitations supplémentaires dans la paroi déroutante lors des mouvements du soufflet déroulant à l'état implanté, c'est à dire notamment en rotation dans une position de flexion, sont ainsi devenues non critiques. Sur la figure 3, à savoir sur la représentation a), est montré un soufflet déroulant 31 conforme à l'invention, qui comprend un tronçon cylindrique 32, et deux tronçons d'évasement 33, 43, chacun de forme conique. Sous cette forme, le corps considéré est libre de contraintes. Le tronçon cylindrique peut servir au centrage sur un arbre, sans être fixé ou immobilisé sur celui-ci, tandis que les tronçons d'évasement sont déformés ultérieurement pour former des tronçons de paroi déroutante. Sur chacun des tronçons d'évasement 33, 43 est formé un bourrelet annulaire respectif 35, 45 dirigé vers l'intérieur, qui ultérieurement est reçu par un collet d'une douille de fixation. Sur la représentation b) est montré, en demi-coupe, le soufflet déroulant après une opération de retournement, lors de laquelle le côté initialement à l'extérieur est passé à l'intérieur et le côté initialement à l'intérieur est passé à l'extérieur. Les bourrelets 35 et 45 des tronçons d'évasement 33, 43 sont maintenant dirigés vers l'extérieur. Les tronçons d'évasement présentent une forme purement conique. En raison de la modification de forme effectuée, des contraintes se sont déjà établies dans la paroi du soufflet. Dans ce cas, une contrainte Gi, dans la zone du tronçon cylindrique est également différente de zéro, tout comme des contraintes (2', oy3, a4,, a5, dans la zone des tronçons d'évasement. Sur le côté extérieur du corps apparaissent des contraintes de traction et sur le côté intérieur du corps, des contraintes de compression. Comme le tronçon cylindrique n'est ensuite pas soumis, en service, à des déformations supplémentaires, la contrainte ai' existante peut être considérée comme non critique. Sur la représentation c) est à nouveau montré en demicoupe, le tronçon cylindrique 32 n'ayant pas varié, tandis que les tronçons d'évasement ont maintenant été retroussés vers l'extérieur, en direction du tronçon cylindrique, pour former des tronçons de paroi déroutante 33', 43'. Les bourrelets 35, 45 sont ainsi parvenus dans une position o ils sont dirigés radialement vers l'intérieur. Ici également, en raison de l'accumulation de matériau, les bourrelets 35, 45 ont il sensiblement conservé le même diamètre que précédemment sur la figure b), tandis que les parois déroutantes 33', 43' ont été soumises localement à différentes variations de forme. Il en résulte des contraintes modifiées. L'état de contrainte résiduel a, dans la zone du tronçon cylindrique est resté inchangé et différent de zéro, mais non critique tel que cela a été évoqué. D'autres contraintes résiduelles î2, c4 dans la zone des sommets des parois déroutantes 33', 43', et 63, c5 à proximité des bourrelets 35, 45 ont par contre, après l'opération de retroussement, pris une valeur nulle ou sont devenues très faibles comparées à l'état de contrainte correspondant selon l'état de la technique d'après la figure 1. Les sollicitations supplémentaires dans la paroi déroutante lors des mouvements du soufflet déroulant à l'état implanté, c'est à dire notamment en rotation dans une position de flexion, sont ainsi devenues non critiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un soufflet déroulant en un élastomère pouvant être moulé par injection, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: moulage par injection d'un corps de base (21) constitué d'un tronçon cylindrique (22) et d'un tronçon d'évasement (23), retournement du corps de base (21) de façon à ce que le côté extérieur vienne se placer à l'intérieur et le côté intérieur à l'extérieur, retroussement du tronçon d'évasement (23) vers l'extérieur de sorte qu'il vienne se placer partiellement à l'extérieur du tronçon cylindrique (22) et forme une paroi déroutante (23'). 2. Procédé de fabrication d'un soufflet déroulant en un élastomère pouvant être moulé par injection, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: moulage par injection d'un corps de base (31) constitué d'un tronçon cylindrique (32) et de deux tronçons d'évasement (33, 43) se raccordant de part et d'autre du tronçon cylindrique, retournement du corps de base (31) de façon à ce que le côté extérieur vienne se placer à l'intérieur et le côté intérieur à l'extérieur, retroussement des tronçons d'évasement (33, 43) vers l'extérieur de sorte qu'ils viennent se placer partiellement à l'extérieur du tronçon cylindrique (32) et forment des parois déroutantes (33', 43'). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le tronçon ou les tronçons d'évasement (23, 33, 43) sont moulés par injection avec une forme de base sensiblement conique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tronçons d'évasement (23, 33, 43) sont moulés par injection avec une épaisseur de paroi décroissante, du tronçon cylindrique (22, 32) en direction de l'extrémité libre. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tronçon cylindrique (22) est moulé par injection avec une rainure annulaire (24) située à l'intérieur de l'extrémité libre et destinée à recevoir une bande de serrage ou un collier de serrage. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tronçon ou les tronçons d'évasement (23, 33, 43) sont moulés par injection avec des bourrelets annulaires (25, 35, 45) situés à l'intérieur de leur extrémité libre.