Brevet FR3040750A1 — publié le 20170310

Description jointe à une demande de brevet d'invention industrielle intitulé : dispositif d'étanchéité pour unité de palier à roulement. Au nom de : Aktiebolaget SKF de nationalité : suédoise siège social : 415 50 GÔTEBORG (Suède) Inventeurs désignés : Marco Giovanni Francesco CAPOZZI et Christian KOGLER DESCRIPTION Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour une unité de palier à roulement avec une double rangée d'éléments de roulement. Le dispositif d'étanchéité est logé entre les deux rangées d'éléments de roulement et empêche la contamination de la graisse du roulement par des débris provenant d'une usure de contact plus connue sous le nom de "fretting". L'invention convient particulièrement, mais non exclusivement, aux unités de roulement pourvues d'une entretoise centrale et pour des applications ferroviaires, tout-terrain et industrielles, ou pour des systèmes d'énergie renouvelable. Art antérieur On connaît déjà dans l'état de la technique des dispositifs d'étanchéité pour empêcher la contamination de la graisse de roulements par des débris résultant du "fretting". Le "fretting" se produit lorsque deux corps métalliques en contact et stationnaires sont néanmoins soumis à des micro-déplacements l'un par rapport à l'autre. L'usure de contact qui en découle libère des débris de poudre de fer qui peuvent contaminer la 1 3040750 graisse qui enveloppe et lubrifie les éléments de roulement et les pistes de roulement correspondantes du palier. Il est également connu que lorsque les débris provenant du "fretting" contaminent la graisse, la durée de vie du roulement en est compromise et raccourcit de façon sensible. Et 5 naturellement cela est absolument contraire aux spécifications de plus en plus strictes des paliers à roulements, spécifications qui visent à accroître la valeur technique et économique du produit en exigeant une durée de vie de plus en plus longue. Diverses tentatives ont été faites par les fabricants de paliers à 10 roulements pour surmonter cet inconvénient. Par exemple, le document EP 1 600 349 Al décrit une étanchéité montée sur une entretoise interposée axialement entre une bague radialement intérieure et un élément qui crée la précharge axiale de ladite bague intérieure ; le document JP 4 338 116 B2 décrit un dispositif anti-fretting constitué par 15 une entretoise polymérique insérée entre la paire de bagues intérieures du roulement ; le document JP 2008 008 424 A décrit une étanchéité réalisée par une entretoise composite en trois composants ; enfin, le document JP 2007 292 230 A décrit une entretoise composite. Toutefois, les solutions décrites dans les documents cités ont un coût de production 20 élevé et dans certains cas sont également difficiles à monter. En outre, là où on utilise une entretoise polymérique, le jeu axial du roulement devient incertain et cela est néfaste pour la durée de vie du roulement. Résumé de l'invention Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif 25 d'étanchéité simple en mesure d'empêcher que les débris provenant du 2 3040750 "fretting" puissent atteindre l'intérieur du roulement, là où sont logés les éléments de roulement, et contaminer leur graisse de lubrification. On réalise cela en appliquant un joint de forme particulière - en "U" renversé - à l'entretoise centrale interposée entre les deux bagues intérieures, 5 joint qui empêche la contamination de la graisse par les débris provenant du "fretting" et en même délimite un volume à l'intérieur duquel ces débris peuvent se loger. On résout le problème technique en réalisant simplement deux gorges sur les entretoises normalement utilisées dans les applications avec deux bagues radialement intérieures et en 10 appliquant le joint susdit à l'intérieur desdites gorges. La présente invention décrit donc un dispositif d'étanchéité pour unité de palier à roulement ayant les caractéristiques énoncées dans la revendication indépendante en annexe. D'autres modes de réalisation de l'invention, préférés et/ou 15 particulièrement avantageux, sont décrits suivant les caractéristiques énoncées dans les revendications subordonnées en annexe. Brève description des dessins On va maintenant décrire l'invention en se reportant aux dessins 20 en annexe, qui en illustrent quelques de mise en oeuvre non limitatifs, parmi lesquels : - la Figure 1 est une coupe en symétrie axiale d'une unité de roulement pourvue du dispositif d'étanchéité selon une forme de mise en oeuvre de la présente invention, 25 - la Figure 2 est un détail du joint de la Figure 1, 3 3040750 - la Figure 3 est un détail de la gorge de l'entretoise qui loge le joint de la Figure 2, - la Figure 4 est un autre détail de l'entretoise avec un joint assemblé à l'intérieur de la gorge de l'entretoise, 5 - la Figure 5 montre une pluralité de variantes de mise en oeuvre du joint de la Figure 2, - la Figure 6 montre une pluralité de variantes de mise en oeuvre de la gorge de l'entretoise. Description détaillée 10 Si l'on fait maintenant référence à la Figure 1, une unité de roulement selon un mode de réalisation préféré de l'invention est désignée dans son ensemble par 10. Comme mentionné en préambule, l'invention s'applique non seulement à la configuration décrite ci-après, mais plus généralement à n'importe quelle unité de palier pourvue d'au 15 moins deux rangées d'éléments de roulement et d'une entretoise centrale interposée entre les bagues radialement intérieures. Tout au long de la présente description et des revendications, les termes et les expressions indiquant des positions et des orientations tels que "radial" et "axial" sont compris comme se référant à l'axe de rotation 20 central X de l'unité de roulement 10. L'unité de roulement 10 comprend une bague radialement extérieure 11 et deux rangées d'éléments de roulement 12, 13, dans cet exemple des rouleaux coniques, interposées entre la bague radialement extérieure 11 et, respectivement, les bagues radialement intérieures 14, 25 15, fixées fermement sur une fusée F. La présente invention peut 4 3040750 s'appliquer aussi bien à des configurations d'unité de roulement avec bague extérieure tournante et bagues intérieures fixes qu'à des configurations avec bague extérieure fixe et bagues intérieures tournantes. Pour simplifier la représentation graphique, on attribuera les 5 références 12 et 13 soit aux rouleaux coniques individuels, soit à la rangée de rouleaux toute entière. Toujours par souci de simplicité, on utilisera souvent le terme "rouleau conique", utilisé à titre d'exemple dans la présente description et dans les dessins ci-joints, au lieu du terme plus générique "élément de roulement" (et on utilisera également les mêmes 10 numéros de référence). On gardera en tête qu'au lieu du rouleau conique on pourra utiliser n'importe quel autre élément de roulement (par exemple, des billes, des rouleaux cylindriques, des aiguilles, etc.). Les éléments de roulement des rangées 12, 13 sont maintenus en place par des cages 16, 17 correspondantes (dans l'exemple sur la figure, 15 la cage 16 pour la rangée d'éléments de roulement 12 et la cage 17 pour la rangée d'éléments de roulement 13) et l'ensemble de l'unité de roulement est fermé hermétiquement vers l'extérieur par des joints 18 prévus à cet effet, par exemple des joints à lèvre. Les bagues radialement intérieures sont tenues dans leur position 20 axiale l'une par rapport à l'autre par une entretoise 20, qui sera fixe, dans le cas où les bagues intérieures sont elles aussi fixes, ou bien tournante, dans le cas où les bagues intérieures sont elles aussi tournantes. En particulier, les surfaces annulaires internes 14' et 15' des bagues radialement intérieures 14, 15 seront en contact avec les surfaces 25 annulaires 20' de l'entretoise 20. Ces surfaces, d'un point de vue 5 3040750 théorique, n'ont pas entre elles de mouvement relatif. En pratique, en revanche, sous l'effet des charges induites par les éléments de roulement sur les bagues radialement intérieures, on constate souvent des micro-déplacements relatifs entre lesdites surfaces et, en particulier, des micro- 5 rotations et/ou des micro-glissements relatifs des surfaces annulaires 14', 15' des bagues intérieures par rapport aux surfaces annulaires 20' de l'entretoise. De façon analogue et pour les mêmes raisons, des micro-rotations relatives peuvent aussi se créer entre les surfaces cylindriques internes 14", 15" des bagues intérieures 14, 15 et la surface cylindrique 10 externe F' de la fusée F. Ces micro-déplacements, comme on l'a déjà dit, en créant une usure de contact entre les surfaces en contact engendrent le phénomène connu du "fretting". Les débris de poudre métallique consécutifs à cette usure de contact sont donc libres de se déplacer à l'intérieur de l'unité de 15 roulement et vont intéresser, en particulier, la zone des éléments de roulement. Selon un aspect de la présente invention et en se reportant aux Figures 2 à 4, ce problème est résolu au moyen d'un dispositif d'étanchéité 1 comprenant l'entretoise 20 et au moins un joint 30 20 caractérisé par une forme en "U" renversé, à savoir avec la concavité 31 tournée vers l'axe X de l'unité de roulement. Le joint, de préférence en matière élastomère, se loge dans une gorge annulaire 21 de l'entretoise 20. Évidemment, il sera avantageux de préparer deux gorges 21 dans l'entretoise, chacune tournée vers une bague intérieure, et de loger un 25 joint 30 dans chaque gorge 21. 6 3040750 Le joint 30 est en mesure, en particulier, de bloquer la migration des débris résultant du "fretting" de la zone de la fusée à celle des éléments de roulement. Un mode de réalisation préféré du joint 30 est celui reproduit sur la Figure 2 mais, comme on le verra par la suite, 5 d'autres formes sont possibles, la configuration en "U" renversé étant bien entendue. Cette forme particulière, en effet, a été conçue pour un double objectif : de fait, le joint non seulement bloque le mouvement des débris vers l'intérieur de l'unité de roulement mais, grâce au volume interne délimité par la concavité 31 tournée vers l'axe X du roulement, il est aussi 10 en mesure d'accumuler les débris en son intérieur. De cette façon on évite que les débris puissent d'une manière ou d'une autre endommager les bagues intérieures du roulement. La gorge 21 de l'entretoise peut avantageusement être pourvue de caractéristiques qui améliorent le logement du joint 30 et en général le 15 comportement du dispositif d'étanchéité. En particulier, pour éviter des oscillations du joint 30 à l'intérieur de la gorge 21, cette dernière peut être pourvue d'une surface cylindrique 21' radialement externe ayant une rugosité élevée. En outre, la gorge est de préférence configurée de façon à ce qu'entre les surfaces annulaires de l'entretoise - la surface 20 radialement interne 20' et la surface radialement externe 20" - il y ait une différence 2d entre les longueurs correspondantes. En d'autres termes, il devra s'avérer que la surface radialement externe 20" a une demi-longueur inférieure de la cote d par rapport à la demi-longueur de la surface radialement interne 20'. Cette précaution permet d'éviter les 25 usures de contact, et les débris provenant du fretting qui en découlent, 7 3040750 entre la surface annulaire 20" de l'entretoise et les surfaces annulaires 14' et 15' des bagues radialement intérieures du roulement. De cette façon on évite le phénomène du "fretting" dans une zone en aval du joint 30, où évidemment le même joint ne pourrait plus être efficace. 5 En outre, la gorge 21 a avantageusement un rapport entre sa profondeur a et sa hauteur b qui est supérieur à un de façon à améliorer la stabilité du joint à l'intérieur de la gorge pendant les opérations de montage et de transport du dispositif d'étanchéité. En outre, la dimension en hauteur h du joint 30 doit de manière 10 avantageuse être inférieure à la hauteur b de la gorge 21 de façon à laisser un orifice g à proximité de la surface cylindrique 21" radialement interne de la gorge 21, qui permet aux débris provenant du "fretting" d'entrer et de remplir le volume intérieur du joint 30. Si l'on se reporte à la Figure 5, on y voit une pluralité de possibles 15 modes de réalisation du joint 130, 230, 330, 430, 530. Évidemment, tous ces modes de réalisation présentent de toute façon une forme du joint en "U" renversé, à savoir toujours avec la concavité tournée vers l'axe X du roulement. En particulier, le joint 130 présente une forme asymétrique des "jambes" du "U" qui laisse un ample passage t (qui va s'ajouter à 20 l'orifice g précédemment défini) et qui permet aux débris d'entrer facilement à l'intérieur du volume délimité par la concavité du joint. Les parties inclinées de la forme en "U", qui font avec la direction radiale des angles respectifs a et [3 (de valeur égale ou différente l'un par rapport à l'autre), permettent en revanche un montage plus facile du joint à 25 l'intérieur de la gorge de l'entretoise. Les joints 230, 430, configurés selon 8 3040750 un "U" renversé mais asymétrique, ainsi que le joint 330, qui présente une surface cylindrique externe 330' particulièrement rugueuse, sont particulièrement aptes à éviter leur sortie de la gorge de l'entretoise. Enfin, le joint 530 présente une concavité en forme de "serrure pour clé" 5 et cette astuce permet d'optimiser le volume intérieur et par conséquent la quantité de débris qui peut y être contenue. La Figure 6, enfin, montre une pluralité de possibles modes de réalisation de la gorge 121, 221, 321, 421, 521, 621. Pour les gorges aussi, le choix du projet a toujours visé à définir des géométries qui 10 puissent faciliter le montage du joint et empêcher sa sortie pendant l'assemblage même et le transport ultérieur. Et c'est ce qu'on réalise surtout en utilisant des gorges 221, 521, 621 à géométrie asymétrique ou en prévoyant une protubérance 421' dans la configuration 421. Chaque mode de réalisation du joint, que ce soient la configuration 30 illustrée sur 15 la Figure 2 ou celles représentées sur la Figure 5, peut être utilisé avec n'importe quel mode de réalisation de la gorge, que ce soit la configuration 21 des Figures 3 et 4 ou une des configurations de la Figure 6. On peut également utiliser des formes de joint et des formes de gorge qui s'avèrent posséder une quelconque combinaison de caractéristiques 20 que l'on peut tirer des exemples représentés. L'objet de la présente invention, par conséquent, résout le problème provoqué par le "fretting" dans les paliers à roulement de façon très simple et économique : il suffit d'ajouter deux joints aux entretoises normalement utilisées, qui n'auront besoin que de l'usinage ultérieur des 25 deux gorges. Les joints ont été définis avec la forme caractéristique en 9 3040750 "U" renversé qui, en même temps, non seulement bloque le passage des débris provenant du "fretting" vers la zone des éléments de roulement, mais met en oeuvre un volume en mesure de loger les débris, en évitant que ceux-ci puissent endommager les composants essentiels du 5 roulement. Les joints d'étanchéité sont réalisés en matière élastomère ou plastique ou similaire de façon à compenser d'éventuelles déformations des bagues intérieures. Cette solution permet d'augmenter la durée de vie du roulement en permettant de ne pas recourir à des matériaux particuliers, mais au 10 contraire d'utiliser pour l'entretoise des aciers plutôt bon marché et à usinabilité élevée. Entretoise qui de cette façon pourra être facilement usinée pour établir le jeu axial correct et qui pourra être réutilisée plusieurs fois, en ne nécessitant que le remplacement des deux joints. En plus des modes de réalisation de l'invention tels que décrits plus 15 haut, il faut comprendre qu'il existe de nombreuses autres variantes. Il doit aussi être entendu que lesdits modes de réalisation ne sont qu'à titre d'exemple et ne limitent pas l'objet de l'invention ni ses applications ni ses configurations possibles. Au contraire, même si la description rapportée ci-dessus permet à l'homme du métier de mettre en oeuvre la présente 20 invention au moins selon une de ses configurations illustratives, il doit être entendu que l'on peut concevoir de nombreuses variantes des composants décrits, sans que pour autant on sorte de l'objet de l'invention, tel que défini dans les revendications en annexe, interprétées au pied de la lettre et/ou selon leurs équivalents légaux. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif d'étanchéité (1) pour une unité de roulement (10), l'unité comprenant une bague radialement extérieure (11), deux rangées d'éléments de roulement (12, 13) interposées, respectivement, entre la bague radialement extérieure (11) et une paire de bagues radialement intérieures (14, 15), le dispositif d'étanchéité comprenant : - une entretoise (20) pourvue d'au moins une gorge annulaire (21, 121, 221, 321, 421, 521, 621) et configurée pour être interposée entre les bagues radialement intérieures (14, 15) de l'unité de roulement (10), - au moins un joint (30, 130, 230, 330, 430, 530) logé à l'intérieur de ladite gorge (21, 121, 221, 321, 421, 521, 621) de l'entretoise (20), le dispositif d'étanchéité étant caractérisé en ce que le joint (30, 130, 230, 330, 430, 530) a une forme en "U" qui délimite un volume en son intérieur et est configuré pour être monté dans la gorge annulaire (21, 121, 221, 321, 421, 521, 621) avec la concavité (31) tournée vers l'axe de symétrie de l'unité de roulement. 2. Dispositif d'étanchéité (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les demi-longueurs d'une surface annulaire radialement externe (20") de l'entretoise et une surface annulaire radialement interne (20') de l'entretoise est égale à une valeur prédéterminée (d). 3. Dispositif d'étanchéité (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la gorge annulaire (21) présente un rapport entre sa profondeur (a) et sa hauteur (b) supérieur à un. 4. Dispositif d'étanchéité (1) selon la revendication 3, caractérisé en 1 3040750 ce que la dimension en hauteur (h) du joint (30) est inférieure à la hauteur (b) de la gorge (21). 5. Dispositif d'étanchéité (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gorge annulaire (21) 5 est pourvue d'une surface cylindrique (21'), radialement externe et rugueuse. 6. Dispositif d'étanchéité (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint (130, 230, 430) présente une forme en "U" réalisée de façon asymétrique. 10 7. Dispositif d'étanchéité (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint (330) présente une surface cylindrique externe (330') rugueuse. 8. Dispositif d'étanchéité (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint (530) présente 15 une concavité en forme de "serrure pour clés". 9. Unité de roulement (10) comprenant une bague radialement extérieure (11), deux rangées d'éléments de roulement (12, 13) interposées, respectivement, entre la bague radialement extérieure (11) et une paire de bagues radialement intérieures (14, 15), caractérisée en 20 ce qu'elle comprend en outre un dispositif d'étanchéité (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, intercalé en position centrale entre les bagues radialement intérieures (14, 15). 2