Brevet FR3033852A1 — publié le 20160923

L'invention concerne un palier à roulement comprenant deux organes montés en rotation relative, notamment un organe intérieur et un organe extérieur entre lesquels est formé un espace de roulement dans lequel des corps roulants sont disposés pour permettre leur rotation relative. En particulier, l'invention s'applique aux paliers à roulement de véhicule automobile, notamment aux paliers de roue. De façon avantageuse, un palier suivant l'invention permet le montage d'une roue motrice ou non motrice de véhicule automobile, l'organe intérieur étant tournant et comprenant des moyens de fixation de la roue tandis que l'organe extérieur est fixe et comprend des moyens de fixation sur un élément du véhicule. Pour empêcher d'une part les fuites de lubrifiant présent dans l'espace de roulement et d'autre part la contamination dudit espace avec des polluants extérieurs, au moins un côté de l'espace de roulement peut être équipé d'un dispositif d'étanchéité. Il est ainsi connu d'équiper un palier d'un dispositif d'étanchéité comprenant deux armatures solidaires en rotation de respectivement un organe, une première armature présentant une portée sur laquelle un élément d'étanchéité dynamique équipant l'autre armature est en appui frottant. En particulier, la première armature peut présenter une portée axiale montée, notamment par emmanchement, autour d'une portée axiale complémentaire d'un organe, ladite armature portant au moins un élément d'étanchéité statique de son montage sur ledit organe. Toutefois, se pose alors le problème de la fiabilité dans le temps de l'étanchéité dynamique. En effet, le frottement de l'élément d'étanchéité dynamique lors de la rotation du palier entraîne son usure sur la portée d'appui, ce qui réduit l'appui exercé et donc l'efficacité du dispositif d'étanchéité. Or les paliers doivent satisfaire à des cahiers des charges de plus en plus sévères en termes d'étanchéité, notamment pour la validation des paliers de roue 3033852 2 par les constructeurs automobiles, au regard des tests d'étanchéité statique et dynamique auxquels doivent satisfaire lesdits paliers. L'invention a pour but de perfectionner l'art antérieur en proposant notamment 5 un palier à roulement équipé d'un dispositif d'étanchéité dont l'étanchéité est fiabilisée, et ce notamment relativement à l'usure dans le temps de l'élément d'étanchéité dynamique. A cet effet, l'invention propose un palier à roulement comprenant deux organes 10 montés en rotation relative, ledit palier étant équipé d'un dispositif d'étanchéité comprenant deux armatures solidaires en rotation de respectivement un organe, une première armature présentant une portée sur laquelle un élément d'étanchéité dynamique équipant la deuxième armature est en appui frottant, la première armature étant montée mobile en coulissement axial sur l'organe 15 suivant une course de fonctionnement sur laquelle ladite première armature est solidaire en rotation dudit organe, ladite première armature étant en outre équipée d'un moyen de contrainte élastique de son déplacement en direction de l'élément d'étanchéité dynamique, ledit moyen de contrainte élastique étant agencé pour permettre un positionnement de la première armature sur la course 20 de fonctionnement par équilibrage des efforts exercés sur ladite première armature respectivement par ledit moyen de contrainte élastique et ledit élément d'étanchéité dynamique. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui 25 suit, faite en référence aux figures annexées, qui représentent chacune partiellement et en coupe longitudinale un palier à roulement équipé d'un dispositif d'étanchéité selon respectivement un mode de réalisation de l'invention (figures 1 et 2), la figure 3 montrant plus particulièrement la solidarisation en rotation de la première armature à l'organe dans le mode de réalisation selon la 30 figure 1. 3033852 3 En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous un palier à roulement, en particulier pour le montage d'une roue motrice ou non motrice d'un véhicule automobile. 5 Le palier comprend un organe extérieur 1 et un organe intérieur 2, au moins un desdits organes pouvant comprendre des moyens de fixation à respectivement une structure fixe ou un ensemble tournant. Dans un mode de réalisation, l'organe extérieur 1 est fixe en présentant par exemple des moyens de fixation du palier sur un élément de suspension du véhicule automobile, la roue étant 10 associée à l'organe intérieur 2 qui est alors tournant. Entre ces organes 1, 2, un espace de roulement est formé pour permettre la rotation relative desdits organes. Dans cette description, les termes de positionnement dans l'espace sont pris en référence à l'axe de rotation du palier. 15 En particulier, le terme « intérieur » est relatif à une disposition proche de cet axe et le terme « extérieur » est relatif à une disposition à distance de cet axe, les termes « avant » et « arrière » étant relatifs à une disposition respectivement à droite et à gauche sur les figures. 20 Pour permettre la rotation, chaque organe 1, 2 peut présenter deux pistes de roulement espacées axialement de sorte à former entre lesdits organes deux chemins de roulement dans lesquels sont disposées respectivement une rangée de corps roulants, lesdits corps roulants pouvant se présenter sous la forme de billes, lesdites billes étant maintenues dans une rangée par l'intermédiaire d'une 25 cage de rétention. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à un mode de réalisation du palier, en particulier relativement aux géométries des corps roulants et/ou des organes intérieur 2 et extérieur 1. 30 Pour protéger l'espace de roulement de la pollution du milieu environnant, le palier comprend un dispositif d'étanchéité disposé entre l'organe extérieur 1 et l'organe intérieur 2. Le dispositif est agencé pour empêcher, ou au moins limiter, 3033852 4 la pénétration de polluants dans l'espace de roulement au travers d'une ouverture latérale dudit espace formée entre les organes 1, 2. Pour ce faire, le dispositif d'étanchéité présente une première armature annulaire 5 3 qui est solidaire de l'organe intérieur 2. La première armature 3 peut être réalisée en une seule pièce, notamment à base de matériau plastique ou métallique, par exemple en tôle emboutie. La première armature 3 présente une paroi 4 qui est disposée en regard d'une 10 paroi complémentaire 5 de l'organe intérieur 2 en présentant une portée axiale 6 qui est montée autour d'une portée axiale complémentaire 7 dudit organe en assurant le positionnement de ladite paroi relativement à ladite paroi complémentaire. 15 Selon les modes de réalisation représentés, la paroi 4 de la première armature 3 présente une portée 8 qui s'étend radialement à l'extérieur de la portée axiale 6, lesdites portées étant reliées par un congé 9 de raccordement courbé. En outre, la portée radiale 8 est prolongée par une couronne extérieure libre 10 qui s'étend extérieurement vers l'arrière. 20 La portée axiale complémentaire 7 s'étend axialement à l'intérieur de la paroi complémentaire 5 depuis une portée courbe 11 de ladite paroi complémentaire, ladite portée courbe reliant ladite portée axiale complémentaire à une portée radiale 12. 25 La première armature 3 est associée à l'organe intérieur 2 par montage de sa portée axiale 6 sur la portée axiale complémentaire 7 dudit organe, la portée radiale 8 de ladite première armature étant disposée en regard axial de la portée radiale 12 de la paroi complémentaire 5. En particulier, la portée axiale 6 de la 30 première armature 3 est montée sur la portée axiale complémentaire 7 de l'organe intérieur 2 en disposant le congé de raccordement 9 à distance axiale de la paroi complémentaire 5, notamment à distance axiale de la portée courbe 3033852 5 11, afin d'éviter la flexion de ladite première armature et donc ses déformations lors de la rotation du palier. Le dispositif d'étanchéité comprend en outre une deuxième armature 13 qui est 5 montée sur l'organe extérieur 1 en étant équipée d'un élément d'étanchéité dynamique 14 qui est en appui frottant sur la portée radiale 8 de la première armature 3, afin d'assurer l'étanchéité du côté de l'espace de roulement. La deuxième armature 13 peut être réalisée en une seule pièce, par exemple en 10 un matériau identique à la première armature 3, tel un matériau métallique, notamment en tôle emboutie. Par ailleurs, l'élément d'étanchéité dynamique 14 peut être surmoulé sur la deuxième armature 13 en étant réalisé en matériau souple, par exemple en élastomère, notamment à base de copolymère butadiène nitrile (NBR), éventuellement renforcé mécaniquement par des charges telles 15 que du noir de carbone, de NBR hydrogéné (HNBR), de fluoropolymère ou de polyacrylate. En particulier, la deuxième armature 13 est montée sur une extension annulaire 15 de l'organe extérieur 1 qui s'étend axialement d'un côté de l'espace de 20 roulement en présentant une paroi d'extrémité disposée en regard axial de la paroi radiale 8 de la première armature 3, ainsi que deux parois respectivement intérieure et extérieure, ladite deuxième armature présentant une portée axiale extérieure 16 qui est emmanchée sur ladite paroi intérieure. 25 En outre, la deuxième armature 13 présente une paroi 17 qui s'étend intérieurement depuis la portée axiale extérieure 16 et sur laquelle est surmoulé l'élément d'étanchéité dynamique 14. Par ailleurs, la paroi 17 de la deuxième armature 13 est disposée en regard axial de la portée radiale 8 de la première armature 3, de sorte à former entre ladite paroi et ladite portée radiale une 30 chambre d'étanchéité 18 dans laquelle est disposé l'élément d'étanchéité dynamique 14, ledit élément d'étanchéité dynamique venant en appui axial sur une face arrière de ladite portée radiale. 3033852 6 La chambre d'étanchéité 18 est limitée intérieurement par une ouverture intérieure 19 qui débouche dans l'espace de roulement, ladite ouverture étant formée entre la paroi 17 de la deuxième armature 13 et la portée axiale 6 de la première armature 3. Par ailleurs, la couronne extérieure libre 10 de la première 5 armature 3 forme un jeu restreint avec la paroi extérieure de l'extension 15 pour définir une ouverture extérieure de la chambre d'étanchéité 18 agencée pour limiter l'introduction de polluants, notamment de boue, dans ladite chambre. L'élément d'étanchéité dynamique 14 peut présenter au moins une lèvre qui 10 s'étend à l'intérieur de la chambre d'étanchéité 18 en étant disposée en appui frottant sur la portée radiale 8 de la première armature 3. Dans les modes de réalisation représentés, l'élément d'étanchéité dynamique 14 présente deux lèvres annulaires 20a, 20b disposées dans la chambre 15 d'étanchéité 18 en appui frottant sur la portée radiale 8 de la première armature 3, ainsi qu'une troisième lèvre annulaire 20c disposée en appui frottant sur la portée axiale 6 de ladite première armature. En particulier, la troisième lèvre 20c s'étend intérieurement et vers l'arrière depuis 20 l'extrémité intérieure de la paroi 17, pour être disposée dans l'ouverture intérieure 19 de la chambre d'étanchéité 18 et en appui frottant sur la portée axiale 6, afin de limiter les fuites de lubrifiant dans ladite chambre depuis l'espace de roulement, au travers de ladite ouverture intérieure. 25 Pour fiabiliser le fonctionnement du dispositif d'étanchéité, et ce quel que soit la position axiale de l'élément d'étanchéité dynamique 14 par rapport à la portée radiale 8 et/ou le degré d'usure des lèvres 20a, 20b dudit élément d'étanchéité dynamique, la première armature 3 est montée mobile en coulissement axial sur l'organe intérieur 2 suivant une course de fonctionnement sur laquelle ladite 30 première armature est solidaire en rotation dudit organe intérieur. Pour ce faire, la portée axiale 6 est montée autour de la portée axiale complémentaire 7 en formant un jeu radial 21 permettant le coulissement axial 3033852 7 de la première armature 3 sur la course de fonctionnement. En particulier, la portée axiale 6 peut présenter un diamètre intérieur qui est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la portée axiale complémentaire 7. 5 Pour fiabiliser le montage de la première armature 3 sur l'organe intérieur 2, la portée axiale complémentaire 7 présente un seuil radial 22 agencé pour limiter vers l'arrière la course de fonctionnement de ladite première armature, et ce par mise en appui axial de ladite première armature sur ledit seuil. A cet effet, le seuil radial 22 présente un diamètre extérieur qui est supérieur au diamètre intérieur 10 de la portée axiale 6 de sorte que ladite portée axiale vienne en appui axial sur ledit seuil pour retenir la première armature 3 en position arrière sur l'organe 2. De façon avantageuse, le seuil 22 présente un chanfrein 23 qui est agencé pour faciliter le passage de la portée axiale 6 autour dudit seuil lors du montage, 15 notamment en limitant les risques d'endommagement de la première armature 3 lors dudit passage. La première armature 3 est en outre équipée d'un moyen de contrainte élastique de son déplacement en direction de l'élément d'étanchéité dynamique 14, ledit 20 moyen de contrainte élastique étant agencé pour permettre un positionnement de la première armature 3 sur la course de fonctionnement par équilibrage des efforts exercés sur ladite première armature respectivement par ledit moyen de contrainte élastique et ledit élément d'étanchéité dynamique. 25 Dans les modes de réalisation représentés, le moyen de contrainte élastique est interposé entre les portées radiales 8, 12, notamment afin d'exercer un effort sur la face avant de la portée radiale 8, soit à l'opposé de l'effort exercé par l'élément d'étanchéité dynamique 14 sur la face arrière de ladite portée. 30 Ainsi, en cas d'usure de l'élément d'étanchéité dynamique 14, notamment au niveau de l'interférence entre les lèvres 20a, 20b et la portée 8, la diminution de de l'effort exercé par ledit élément est compensée par le déplacement de 3033852 8 l'armature 3 sous l'effet de l'effort exercé par le moyen de contrainte élastique, jusqu'à l'équilibrage desdits efforts à une valeur assurant l'étanchéité. La première armature 3 est équipée d'un élément d'étanchéité statique 24 de son 5 montage sur l'organe 2, ledit élément d'étanchéité étant monté entre la paroi complémentaire 5 et la paroi 4 de ladite première armature pour empêcher l'introduction de polluants entre elles. Par ailleurs, l'élément d'étanchéité statique 24 forme un moyen de contrainte élastique du déplacement de la première armature 3 vers l'élément d'étanchéité dynamique 14. 10 L'élément d'étanchéité statique 24 peut être surmoulé sur la première armature 3 en étant réalisé en un matériau souple similaire à celui de l'élément d'étanchéité dynamique 14, par exemple en élastomère, notamment à base de copolymère butadiène nitrile (NBR), éventuellement renforcé mécaniquement par des 15 charges telles que du noir de carbone, de NBR hydrogéné (HNBR), de fluoropolymère ou de polyacrylate. En particulier, l'élément d'étanchéité statique 24 présente au moins une lèvre 25 qui s'étend depuis la première armature 3 pour être disposée en appui étanche 20 sur la paroi complémentaire 5. En particulier, la lèvre 25 est en appui étanche dans un état comprimé contraignant axialement la première armature 3 pour la déplacer vers l'élément d'étanchéité dynamique 14, afin d'assurer l'appui frottant dudit élément d'étanchéité dynamique sur la portée radiale 8. 25 En relation avec les figures, la première armature 3 est équipée d'un élément d'étanchéité statique 24 qui présente une lèvre avant 25 disposée autour de la paroi 4 de ladite première armature pour venir étanchéifier l'interface entre ladite paroi et la paroi complémentaire 5. 30 L'élément d'étanchéité statique 24 présente également une extension 26 qui s'étend depuis la lèvre 25 en recouvrant la couronne extérieure 10 de la paroi 4 et un voile 27 qui s'étend radialement sous ladite lèvre pour être interposé entre 3033852 9 la portée radiale 8 de la paroi 4 et la portée radiale 12 de la paroi complémentaire 5. La lèvre 25 présente une course de compression sur la paroi complémentaire 5 5 qui est au moins égale à la course de fonctionnement de la première armature 3. Ainsi, la lèvre 25 peut exercer un effort de contrainte élastique sur toute la course de fonctionnement de la première armature 3, ce qui permet d'assurer une bonne étanchéité dynamique sur toute ladite course. Par ailleurs, une telle course de compression permet de maintenir l'appui étanche entre la lèvre 25 et la paroi 10 complémentaire 5, et donc d'assurer l'étanchéité statique, sur toute la course de fonctionnement de la première armature 3. Selon les figures, la lèvre 25 s'étend axialement sur une longueur qui est supérieure à la course de fonctionnement de la première armature 3. En 15 particulier, la lèvre 25 s'étend extérieurement en étant en appui étanche sur la paroi complémentaire 5 sur toute la course de fonctionnement de la première armature 3, notamment par fléchissement de ladite lèvre. La lèvre 25 est ainsi agencée pour exercer sur la paroi complémentaire 5 un 20 appui étanche qui est orienté extérieurement par rapport à l'interface entre la paroi 4 de la première armature 3 et ladite paroi complémentaire afin notamment de limiter l'introduction de boue dans ladite interface. En relation avec la figure 2, le moyen de contrainte élastique comprend en outre 25 une rondelle 28, par exemple de type Belleville, qui est disposée en appui entre la portée radiale 8 de la paroi 4 et la portée radiale 12 de la paroi complémentaire 5. En particulier, une telle rondelle 28 peut être utilisée en complément de l'élément d'étanchéité statique 24, notamment en cas de baisse d'effort dudit élément d'étanchéité statique sur la première armature 3, par exemple suite à 30 une usure importante de la lèvre 20a. Du fait des efforts exercés sur la première armature 3 par l'élément d'étanchéité dynamique 14 et du montage en coulissement axial de ladite première armature 3033852 10 sur l'organe intérieur 2, ladite première armature est solidarisée audit organe intérieur pour permettre l'entraînement en rotation de ladite première armature par ledit organe intérieur. Pour ce faire, la première armature 3 et/ou l'organe intérieur 2 comprennent en outre des moyens réciproques de solidarisation en 5 rotation. En relation avec la figure 3, les moyens de solidarisation comprennent au moins un godron 29 formé sur la face avant de la portée radiale 8, ledit godron étant disposé dans un logement complémentaire 30 formé sur la portée radiale 12 de 10 la paroi complémentaire 5. En particulier, l'engagement du godron 29 dans le logement 30 présente une longueur axiale adaptée, notamment en étant plus longue que la course de fonctionnement, pour conserver la solidarisation en rotation de la première armature 3 à l'organe intérieur 2 sur ladite course de fonctionnement. 15 Le godron 29 peut être formé en un matériau souple, par exemple en élastomère, notamment en étant venu de matière avec l'élément d'étanchéité statique 24. Sur la figure 3, le godron 29 s'étend axialement depuis le voile 27 sous la lèvre d'étanchéité statique 25. De façon avantageuse, la première armature 3 peut présenter plusieurs godrons 29 qui sont angulairement répartis sur la face avant de la portée radiale 8, et l'organe intérieur 2 peut présenter plusieurs logements 30 disposés sur la paroi complémentaire 5 suivant une répartition similaire à celle desdits godrons. 20 25 REVENDICATIONS1. Palier à roulement comprenant deux organes (1, 2) montés en rotation relative, ledit palier étant équipé d'un dispositif d'étanchéité comprenant deux armatures (3, 13) solidaires en rotation de respectivement un organe (1, 2), une première armature (3) présentant une portée (8) sur laquelle un élément d'étanchéité dynamique (14) équipant la deuxième armature (13) est en appui frottant, ledit palier étant caractérisé en ce que la première armature (3) est montée mobile en coulissement axial sur l'organe (2) suivant une course de fonctionnement sur laquelle ladite première armature est solidaire en rotation dudit organe, ladite première armature étant en outre équipée d'un moyen (24, 28) de contrainte élastique de son déplacement en direction de l'élément d'étanchéité dynamique (14), ledit moyen de contrainte élastique étant agencé pour permettre un positionnement de la première armature (3) sur la course de fonctionnement par équilibrage des efforts exercés sur ladite première armature respectivement par ledit moyen de contrainte élastique et ledit élément d'étanchéité dynamique. 2. Palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première armature (3) présente une portée axiale (6) qui est montée autour d'une portée axiale complémentaire (7) de l'organe (2) en formant un jeu radial (21) permettant le coulissement axial de ladite première armature sur la course de fonctionnement. 3. Palier à roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portée axiale complémentaire (7) présente un seuil radial (22) dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur de la portée axiale (6), la course de fonctionnement étant délimitée vers l'arrière par mise en appui axial de la première armature (3) sur ledit seuil. 4. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portée (8) de la première armature (3) présente des faces avant et arrière, le moyen de contrainte élastique (24, 28) exerçant un effort 3033852 12 sur ladite face avant et l'élément d'étanchéité dynamique (14) exerçant un effort sur ladite face arrière. 5. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 5 caractérisé en ce que la première armature (3) présente une paroi (4) qui est disposée en regard d'une paroi complémentaire (5) de l'organe (2), le moyen de contrainte élastique (24, 28) étant interposé entre ladite paroi et ladite paroi complémentaire. 10 6. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première armature (3) est équipée d'un élément d'étanchéité statique (24) qui présente au moins une lèvre (25) disposée en appui étanche sur l'organe (2) pour venir étanchéifier l'interface entre ladite première armature et ledit organe, ledit élément d'étanchéité statique formant le moyen de 15 contrainte élastique. 7. Palier à roulement selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lèvre (25) présente une course de compression sur l'organe (2) qui est au moins égale à la course de fonctionnement de la première armature (3). 20 8. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de contrainte élastique comprend une rondelle (28) qui est disposée en appui entre la première armature (3) et l'organe (2). 25 9. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la portée (8) de la première armature (3) s'étend radialement. 10. Palier à roulement selon la revendication 9 lorsqu'elle dépend de la 30 revendication 2, caractérisé en ce que la portée axiale (6) est reliée à la portée radiale (8) par l'intermédiaire d'un congé de raccordement (9), ladite portée radiale étant disposée en regard axial de l'organe (2). 3033852 13 11. Palier à roulement selon les revendications 5 et 10, caractérisé en ce que le congé de raccordement (9) est disposé à distance de la paroi complémentaire (5). 5 12. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les armatures (3, 13) forment entre elles une chambre d'étanchéité (18) dans laquelle est disposé l'élément d'étanchéité dynamique (14). 10 13. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'organe (2) et/ou la première armature (3) comprennent des moyens réciproques (29, 30) de solidarisation en rotation. 14. Palier à roulement selon la revendication 13, caractérisé en ce que les 15 moyens de solidarisation comprennent au moins un godron (29) formé sur l'un parmi la première armature (3) et l'organe (2), ledit godron étant disposé dans un logement complémentaire (30) formé sur l'autre parmi ladite première armature et ledit organe, l'engagement dudit godron dans ledit logement présentant une longueur axiale adaptée pour conserver la solidarisation en rotation de ladite 20 première armature audit organe sur la course de fonctionnement.