Brevet FR2916510A1 — publié le 20081128

L'invention concerne un joint d'étanchéité pour palier à roulement, un palier à roulement équipé d'un tel joint d'étanchéité, ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel joint d'étanchéité. En particulier, l'invention s'applique pour étanchéifier au moins un côté de l'espace de roulement de paliers à roulement de véhicule automobile, notamment de paliers de roue. Pour empêcher d'une part les fuites du lubrifiant présent dans l'espace de roulement et, d'autre part la contamination dudit espace avec des polluants extérieurs, on connaît l'utilisation de joints d'étanchéité comprenant un élément d'étanchéité souple qui est associé à une armature rigide d'association au palier. En particulier, l'élément souple est réalisé en matériau élastomère et présente au moins une lèvre destinée à assurer un contact frottant d'étanchéité lors de la rotation du palier. Toutefois, dans les applications envisagées, les contraintes d'étanchéité sont sévères, notamment relativement à la vitesse de rotation, à la durée de vie souhaitée et aux environnements auxquels les joints sont soumis. II en résulte que l'élément d'étanchéité, et en particulier la lèvre, doit présenter un certain nombre de caractéristiques, notamment en ce qui concerne : - l'effort de contact appliqué par la lèvre ; - la résistance à l'abrasion ; - la résistance au lubrifiant du palier ; - la résistance aux éléments agressifs extérieurs ; la résistance en température. A ce jour, les matériaux utilisés pour la réalisation des éléments d'étanchéité procurent un bon compris pour remplir ces caractéristiques afin d'assurer la fonction d'étanchéité dans les conditions envisagées. En particulier, les copolymères butadiène nitrile-acrylique (NBR), éventuellement renforcés mécaniquement par des charges, sont utilisés pour réaliser des éléments d'étanchéité pour palier à roulement. Toutefois, avec de tels matériaux, on peut constater des variations de performances d'étanchéité en fonction des dispersions de structure macromoléculaire qu'ils peuvent présenter. En outre, les lèvres réalisées suivant l'art antérieur peuvent présenter une déformation rémanente qui réduit l'effort de contact, un gonflement en présence de lubrifiant et/ou une perte de volume à l'air. Toutes ces modifications altèrent les performances d'étanchéité conférées par les lèvres. Il existe donc encore un besoin pour améliorer les caractéristiques des éléments d'étanchéité, et en particulier de leurs lèvres, pour fiabiliser la fonction d'étanchéité conférée, ce que l'invention vise à apporter. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un joint d'étanchéité pour palier à roulement comprenant une armature annulaire rigide d'association audit palier et un élément d'étanchéité en matériau élastomère qui est associé à ladite armature, ledit élément présentant au moins une lèvre destinée à assurer un contact frottant d'étanchéité lors de la rotation du palier, ledit joint ayant subi un traitement par rayonnement ionisant qui est agencé pour augmenter le degré de réticulation d'au moins le matériau formant la lèvre. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un palier à roulement comprenant un organe fixe, un organe tournant et des corps roulants disposés dans un espace de roulement formé entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative, ledit palier étant équipé d'au moins un tel joint d'étanchéité, l'armature étant associée à un organe et la lèvre étant en contact frottant sur une surface solidaire de l'autre organe, de sorte à étanchéifier un côté de l'espace de roulement. Selon un troisième aspect, l'invention propose un procédé de réalisation d'un tel joint d'étanchéité, dans lequel le matériau élastomère est surmoulé sur l'armature de sorte à présenter au moins une lèvre, ladite armature surmoulée étant ensuite traitée par un rayonnement ionisant qui est agencé pour augmenter le degré de réticulation d'au moins le matériau formant la lèvre. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui 5 suit, faite en référence à la figure annexée qui est une vue partielle en coupe longitudinale d'un joint d'étanchéité selon un mode de réalisation de l'invention. En relation avec la figure, on décrit un joint d'étanchéité pour palier à roulement, notamment pour un palier ou un roulement de roue de véhicule automobile. Le palier comprend un organe fixe, un organe tournant et des corps roulants disposés dans un espace de roulement formé entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative. 15 Pour étanchéifier un côté de l'espace de roulement, le palier est équipé d'un joint d'étanchéité qui comprend une armature 1 annulaire rigide d'association audit palier. En particulier, l'armature 1 peut être réalisée en matériau métallique, notamment en tôle emboutie. Selon une réalisation, chaque côté de l'espace de roulement peut être étanchéifié par respectivement un joint 20 d'étanchéité. Dans le mode de réalisation représenté, l'armature 1 comprend une portée axiale la et une portée radiale 1b qui sont liées par un congé de raccordement 1c. Ainsi, la portée axiale la forme moyen d'association par emmanchement 25 sur une portée correspondante qui est formée sur l'un des organes du palier. Le joint d'étanchéité comprend en outre, associé à l'armature 1, un élément d'étanchéité souple 2 qui est réalisé en matériau élastomère. En particulier, l'élément d'étanchéité 2 peut être associé sur au moins une partie de la face 30 interne de la portée radiale lb. Sur la figure, l'élément d'étanchéité 2 est associé sur toute la face interne de l'armature 1. 10 Pour assurer l'étanchéité, l'élément d'étanchéité 2 présente au moins une lèvre destinée à assurer un contact frottant d'étanchéité lors de la rotation du palier. Sur la figure, l'élément d'étanchéité 2 comprend une partie libre 2a qui s'étend au-delà de la portée radiale lb, ladite partie présentant une lèvre radiale 3. En outre, l'élément d'étanchéité 2 comprend une lèvre faciale 4 qui est prévue au dessus de la lèvre radiale 3. Dans un mode de réalisation non représenté, l'élément d'étanchéité 2 peut comprendre une troisième lèvre qui s'étend depuis la partie libre 2a et orientée à l'opposé de la lèvre faciale 4, c'est-à-dire vers l'intérieur du roulement (à gauche sur la figure). Par ailleurs, l'élément d'étanchéité 2 représenté présente un talon d'étanchéité statique 5 qui est destiné à protéger la zone d'emmanchement entre la portée axiale la et l'organe, ledit talon étant formé dans la continuité de la face interne de l'armature 1, c'est-à-dire sur l'extrémité libre de la portée axiale la. En variante, l'élément d'étanchéité 2 peut recouvrir la face externe de la portée radiale lb, le talon d'étanchéité étant alors formé au niveau du congé de raccordement l c. Pour améliorer la fiabilité de l'association de l'élément d'étanchéité 2 sur l'armature 1, l'extrémité libre de la portée radiale lb présente une zone 6 décalée axialement vers l'intérieur, l'association de la partie libre 2a de l'élément d'étanchéité 2 étant réalisée par une couronne 7 enrobant la face externe de ladite zone décalée. Dans le mode de réalisation représenté, la couronne 7 est disposée dans l'alignement de la face externe de la portée radiale lb. En outre, la lèvre faciale 4 s'étend en regard la zone décalée 6, à l'opposé de la couronne 7. Le joint d'étanchéité représenté comprend en outre un déflecteur 8 sur lequel les lèvres 3, 4 sont disposées en contact frottant. Le déflecteur 8 présente une portée axiale 8a qui est destinée à l'emmanchement dudit déflecteur sur l'organe opposé à celui sur lequel l'armature 1 est associée. Dans cette réalisation, l'armature 1 est donc associée à un organe et les lèvres 3, 4 sont en contact frottant sur une surface du déflecteur 8 qui est solidaire de l'autre organe. Suivant une autre réalisation, le joint est dépourvu de déflecteur, les lèvres venant alors en contact frottant directement sur une surface de l'autre organe. Sur la figure, le déflecteur 8 comprend en outre une portée radiale qui présente une portion 8b décalée axialement vers l'élément d'étanchéité 2. Ainsi, la lèvre radiale 3 est en contact frottant sur la face interne de la portée axiale 8a, et la lèvre frontale 4 est en contact frottant sur la portion décalée 8b. Par ailleurs, entre les deux lèvres 3, 4, un logement annulaire est formé dans lequel un ~o lubrifiant 9 est disposé. Ce type de joint d'étanchéité présente l'avantage d'être pré-monté et lubrifié avant son montage sur le palier. Par ailleurs, une chicane 10 est formée entre le déflecteur 8 et l'armature 1 de sorte à protéger l'élément d'étanchéité 2 des 15 polluants extérieurs. Dans le cas où le déflecteur 8 est associé à l'organe tournant du palier, la face externe dudit déflecteur peut être pourvue d'un codeur de la rotation dudit organe, telle que notamment décrit dans le document EP- 0 607 719. L'élément d'étanchéité peut être réalisé en un copolymère butadiène nitrile-acrylique (NBR), éventuellement renforcé mécaniquement par des charges telles que du noir de carbone. En variante, le NBR hydrogéné (HNBR) peut être utilisé pour réaliser l'élément d'étanchéité. 25 Suivant l'invention, le joint a subi un traitement par rayonnement ionisant qui est agencé pour augmenter le degré de réticulation du matériau formant l'élément d'étanchéité 2, ou pour le moins du matériau formant les lèvres 3, 4 dudit élément. Le rayonnement ionisant peut être un rayonnement Bêta ou un 30 rayonnement Gamma. En particulier, la demanderesse a constaté qu'avec un rayonnement Bêta appliqué sur le joint à une dose comprise entre 50 et 300 KGray, notamment 20 entre100 et 200 KGray, la souplesse des lèvres 3, 4 est maintenue et les performances d'étanchéité des lèvres 3, 4 sont significativement améliorées, notamment relativement à : - l'effort de contact appliqué par les lèvres 3, 4 par diminution de leur 5 déformation rémanente ; - la résistance à l'abrasion ; - la résistance au lubrifiant du palier ; - la résistance aux éléments agressifs extérieurs ; - la résistance en température. 10 Il en résulte que la durée de vie des joints d'étanchéité suivant l'invention est supérieure de plus de 30% à celle des joints suivants l'art antérieur. En outre, du fait de l'augmentation contrôlée du degré de réticulation, les performances d'étanchéité obtenues sont moins dépendantes des dispersions dans la 15 structure macromoléculaire du matériau utilisé, ce qui rend lesdites performances obtenues notamment avec le NBR plus homogènes. Pour obtenir ces performances, le joint d'étanchéité a été réalisé en surmoulant le matériau élastomère sur l'armature 1 de sorte à présenter au moins les 20 lèvres 3, 4. En particulier, le surmoulage est obtenu par injection puis compression à chaud du matériau pour lui donner sa forme définitive et pour réticuler le NBR. Ensuite, l'armature 1 surmoulée est traitée par le rayonnement ionisant dans les conditions décrites ci-dessus. Enfin, dans le mode de réalisation représenté, le lubrifiant 9 est disposé dans le logement puis 25 l'armature 1 est montée sur le déflecteur 8 pour former un joint d'étanchéité pré-monté. En variante, le traitement ionisant peut être réalisé sur le joint d'étanchéité pré-monté. 30 REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité pour palier à roulement comprenant une armature (1) annulaire rigide d'association audit palier et un élément d'étanchéité (2) en matériau élastomère qui est associé à ladite armature, ledit élément présentant au moins une lèvre (3, 4) destinée à assurer un contact frottant d'étanchéité lors de la rotation du palier, ledit joint d'étanchéité étant caractérisé en ce qu'il a subi un traitement par rayonnement ionisant qui est agencé pour augmenter le degré de réticulation d'au moins le matériau formant la lèvre (3, 4). 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature (1) comprend au moins une portée radiale (lb), l'élément d'étanchéité (2) étant associé sur au moins une partie de la face interne de ladite portée. 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (2) comprend une partie libre (2a) s'étendant au-delà de la portée radiale (lb), ladite partie présentant une lèvre radiale (3). 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité libre de la portée radiale (lb) présente une zone (6) décalée axialement vers l'intérieur, l'association de la partie libre (2a) étant réalisée par une couronne (7) enrobant la face externe de ladite zone décalée. 5. Joint d'étanchéité selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que 25 l'élément d'étanchéité (2) présente en outre une lèvre frontale (4). 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un déflecteur (8) sur lequel les lèvres (3, 4) sont disposées en contact frottant. 7. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (2) est réalisé en copolymèrebutadiène nitrile-acrylique (NBR), éventuellement renforcé mécaniquement par des charges. 8. Palier à roulement comprenant un organe fixe, un organe tournant et des corps roulants disposés dans un espace de roulement formé entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative, ledit palier étant équipé d'au moins un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, l'armature (1) étant associée à un organe et la lèvre (3, 4) étant en contact frottant sur une surface solidaire de l'autre organe, de sorte à étanchéifier un côté de l'espace de roulement. 9. Procédé de réalisation d'un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau élastomère est surmoulé sur l'armature (1) de sorte à présenter au moins une lèvre (3, 4), ladite armature surmoulée étant ensuite traitée par un rayonnement ionisant qui est agencé pour augmenter le degré de réticulation d'au moins le matériau formant la lèvre (3, 4). 10. Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le 20 rayonnement ionisant est un rayonnement Bêta, et est appliqué à une dose comprise entre 50 et 300 KGray.