Brevet FR3080416A1 — publié le 20191025

Description Titre de l'invention : ROULEMENT D'ORIENTATION AVEC AGENCEMENT D'ETANCHEITE Domaine technique de l'invention [0001] L'invention concerne le domaine des roulements à rouleaux. Plus particulièrement, l'invention concerne les roulements d'orientation de grand diamètre destinés à l'utilisation dans des applications marines, par exemple dans une station marémotrice. Etat de la technique antérieure [0002] De tels roulements comprennent généralement une bague interne, une bague externe, et des joints disposés entre les bagues pour définir un espace annulaire fermé à l'intérieur duquel au moins une rangée d'éléments de roulement tels que des billes ou des rouleaux est disposée entre les bagues. [0003] Les roulements d'orientation sont utilisés dans les environnements agressifs, en par- ticulier dans les applications marines. Des joints empêchent que des éléments extérieurs tels que de la poussière, des particules abrasives, de l'eau et des espèces aquatiques telles que par exemple du plancton et des algues ne pénètrent à l'intérieur dudit roulement et n'endommagent ses composants. Des particules peuvent également pénétrer à l'intérieur du joint lui-même et ensuite réduire la durée de vie utile du joint. [0004] Typiquement, les joints sont fixés à l'une des bagues et comprennent une lèvre d'étanchéité en contact glissant avec l'autre bague. Généralement, une pluralité de joints adjacents sont prévus sur le côté avant du roulement qui est directement en contact avec l'eau. Avantageusement, les lèvres de joints adjacents peuvent être orientées dans des directions différentes. [0005] Toutefois, l'étanchéité de tels roulements, réalisée de cette manière, peut ne pas être suffisante, en particulier pour l'utilisation dans une machine submersible. En effet, le premier joint n'est que le premier à être endommagé avant les suivants. Plus il y a de joints et plus le roulement d'orientation est cher. Le poids total de tels roulements étanchéifiés est accru, ce qui pourrait être un inconvénient pour certaines applications. [0006] Un autre inconvénient est que le joint ne peut pas être remplacé sous l'eau. De telles opérations de maintenance sont coûteuses et nécessitent fréquemment l'immobilisation de la machine équipée et ce pendant une longue période de temps. [0007] Il est par conséquent souhaitable qu'un roulement d'orientation comprenne des éléments d'étanchéité efficaces qui empêchent la pénétration d'éléments extérieurs, qui présentent une durée de vie utile accrue, en particulier dans un environnement agressif, et qui sont faciles à mettre en oeuvre. Résumé de l'invention 2 [0008] L'objet de l'invention est de résoudre les difficultés susmentionnées. [0009] A cet effet, l'invention concerne un roulement d'orientation comprenant une première bague, une deuxième bague, lesdites bagues pouvant tourner l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, et au moins une rangée d'éléments de roulement disposée entre lesdites bagues. [0010] Selon l'invention, le roulement d'orientation est en outre pourvu d'un dispositif d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéité comprend au moins un joint ayant un talon annulaire fixé à la première bague, et une lèvre d'étanchéité en contact de friction glissant avec la deuxième bague. Le dispositif d'étanchéité comprend en outre un déflecteur monté sur une surface latérale de la deuxième bague, et ayant une partie de déflexion qui entoure au moins partiellement radialement ladite lèvre d'étanchéité. [0011] Selon d'autres aspects de l'invention qui sont avantageux mais non obligatoires, un tel roulement d'orientation peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes [0012] - le talon est fixé dans une fente formée sur une surface frontale de la première bague. [0013] - Le dispositif d'étanchéité comprend une coiffe annulaire fixée à une surface latérale de la première bague et bloquant le talon de joint dans une direction montante. [0014] - La première bague comprend un épaulement annulaire pour bloquer le talon de joint dans une direction descendante. [0015] - La partie de déflexion s'étend à proximité immédiate de l'une parmi la première bague et la coiffe. [0016] - La deuxième bague est pourvue d'un élément tubulaire ayant une surface péri- phérique sur laquelle ladite lèvre d'étanchéité est en contact de friction glissant, ledit élément tubulaire étant fixé à une surface latérale de la deuxième bague. [0017] - Le déflecteur est fixé à une surface latérale de l'élément tubulaire. [0018] - L'élément tubulaire est fixé à la deuxième bague par une pluralité de vis, les vis étant couvertes par le déflecteur. [0019] - Le déflecteur est fixé à la deuxième bague par une pluralité de vis. [0020] - La coiffe est fixée à la première bague par une pluralité de vis. [0021] - Les vis sont couvertes par du mastic. [0022] - Le déflecteur est annulaire [0023] - Le déflecteur comprend une pluralité de parties de déflecteur adjacentes sur la cir- conférence. [0024] - La coiffe est annulaire. [0025] - La coiffe comprend une pluralité de parties de coiffe adjacentes sur la cir- conférence. [0026] - Le déflecteur est fabriqué en polyéther-éther-cétone (PEEK). 3 [0027] - Le roulement d'orientation comprend des joints qui définissent entre les bagues une chambre annulaire fermée à l'intérieur de laquelle sont disposés les éléments de roulement. [0028] - La chambre annulaire fermée est pourvue de lubrifiant. [0029] - La première bague est une bague externe et la deuxième bague est une bague interne. [0030] - Le roulement d'orientation comprend au moins une rangée d'éléments de roulement disposée entre la première et la deuxième bague pour former une poussée axiale. [0031] - Le roulement d'orientation comprend au moins une rangée d'éléments de roulement disposés entre la première et la deuxième bague pour former une poussée radiale. [0032] - Les éléments de roulement sont des billes. [0033] - Les éléments de roulement sont des rouleaux. [0034] - Les éléments de roulement sont maintenus circonférentiellement par une cage. [0035] - Les éléments de roulement sont maintenus circonférentiellement par des espaceurs. Brève description des figures [0036] L'invention va maintenant être expliquée en rapport avec les figures annexées à titre d'exemple illustratif, sans limitation de l'objet de l'invention. Dans les figures annexées [0037] - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un roulement d'orientation selon un premier mode de réalisation de l'invention ; [0038] - la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale du roulement d'orientation de la figure 1; [0039] - la figure 3 est une vue agrandie en coupe axiale du roulement d'orientation de la figure 2 ; et [0040] - la figure 4 est une vue partielle en coupe axiale d'un roulement d'orientation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention [0041] Les figures 1 et 2 illustrent un roulement à rouleaux d'orientation qui est doté de la référence globale 1, qui présente un grand diamètre qui peut être utilisé en particulier dans les applications marines, par exemple dans une station marémotrice. Le roulement d'orientation définit un côté supérieur Cu directement exposé à l'environnement marin et un côté inférieur Cl disposé dans un châssis (non illustré). [0042] Le roulement à rouleaux d'orientation 1 comprend une bague interne 2, une bague externe 3, deux rangées d'éléments de roulement 4, 5 disposées entre ces bagues 2, 3 afin de former une poussée radiale qui peut transmettre les forces radiales. [0043] Les éléments de roulement 4, 5 sont des billes dans le mode de réalisation illustré. Les éléments de roulement peuvent être de tout autre type approprié pour l'application, 4 par exemple des rouleaux. La première rangée de billes 4 est en prise dans des chemins de roulement annulaires 6, 7 prévus sur la bague interne 2 et la bague externe 3, respectivement. La deuxième rangée de billes 5 est en prise dans des chemins de roulement annulaires 8, 9 prévus sur la bague interne 2 et la bague externe 3, respectivement. [0044] Les billes 4 de la première rangée sont disposées dans une première cage 10 pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier desdites billes. Les billes 5 de la deuxième rangée sont disposées dans une deuxième cage 11 pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier desdites billes. En variante, les éléments de roulement peuvent être espacés circonférentiellement de manière équidistante par une pluralité d'espaceurs intermédiaires. [0045] À titre de variante non illustrée, le roulement d'orientation peut également comprendre au moins une rangée d'éléments de roulement, par exemple des rouleaux, disposée entre les bagues interne et externe pour former une poussée axiale qui peut transmettre les forces axiales. Un exemple d'un tel roulement est décrit dans le document FR-A1-2 694 610. [0046] La bague interne 2 et la bague externe 3 se présentent sous la forme de bagues concentriques pouvant tourner autour d'un axe de rotation (non illustré) du roulement 1, la bague externe 3 entourant la bague interne 2 à une distance radiale. [0047] Les bagues 2, 3 sont de type massif. Par "type massif", il faut comprendre une bague dont la forme est obtenue par usinage par enlèvement de copeaux (tournage, meulage) de tubes, de barres, et d'ébauches forgées et/ou laminées. Les bagues 2, 3 sont formées d'une seule pièce mais en variante peuvent comprendre plusieurs parties de bagues assemblées les unes aux autres. [0048] La bague externe 3 comprend une surface frontale externe 32 bordée axialement par une surface latérale inférieure 33 sur le côté inférieur Cl, et une surface latérale supérieure 34 sur le côté supérieur Cu du roulement d'orientation 1. Les surfaces latérales 33, 34 sont axialement opposées l'une à l'autre. La bague externe 3 comprend également un alésage 35. L'alésage 35 est étagé et est pourvu de deux gorges 7, 9 ouvertes radialement vers la bague interne 2. Lesdites gorges 7, 9 sont les chemins de roulement annulaires pour la première rangée de billes 4 et la deuxièmes rangée de billes 5, respectivement. [0049] Avantageusement, les surfaces externes 32, 33, 34 de la bague externe 3 sont couvertes par un traitement de protection de surface contre la corrosion. [0050] La bague interne 2 comprend un alésage 12 pourvu d'une pluralité de dents radiales 13 qui sont destinées à s'engrener avec des roues d'engrenage (non illustrées) afin d'orienter un élément mobile. L'alésage 12 est bordé axialement par une surface latérale inférieure 14 du côté inférieur Cl, et une surface latérale supérieure 15 du côté supérieur Cu du roulement d'orientation 1. Les surfaces latérales 14, 15 sont axialement opposées l'une à l'autre. [0051] La bague interne 2 comprend également une surface frontale externe 16. La surface externe 16 est étagée et est pourvue de deux gorges 6, 8 radialement ouvertes vers la bague externe 3. Lesdites gorges 6, 8 sont les chemins de roulement annulaires pour la première rangée de billes 4 et la deuxième rangée de billes 5, respectivement. [0052] La surface frontale externe 16 est en outre pourvue d'une gorge circonférentielle 17 ouverte radialement vers la bague externe 3. La gorge est bordée axialement entre un épaulement 18 vers le côté inférieur Cl et une coiffe 19 vers le côté supérieur Cu du roulement 1. L'épaulement 18 est formé par enlèvement de matière sur la surface frontale externe 16 de la bague interne 2. [0053] La coiffe 19 est fixée à la bague interne 2 par des moyens de fixation. La surface latérale supérieure 15 est pourvue d'un renfoncement circonférentiel 20, dans lequel est disposée la coiffe 19. Dans le mode de réalisation illustré, le renfoncement circonférentiel 20 est pourvu sur sa circonférence d'une pluralité de trous filetés axiaux 21. La coiffe 19 est pourvue d'une pluralité de trous traversants axiaux 22, chacun desdits trous 22 étant axialement en regard d'un trou fileté correspondant 21. La coiffe 19 est fixée à la bague interne 2 par une pluralité de vis 23 s'étendant à travers les trous 22 de la coiffe et en prise avec les trous filetés 21 de la bague interne 2. Avantageusement, les têtes des vis 23 sont couvertes par du mastic afin de résister à l'environnement sous-marin. [0054] En variante, la coiffe 19 peut être fixée à la bague interne 2 par n'importe quels autres moyens appropriés. En variante, la bague interne 2 et la coiffe 19 peuvent être formées intégralement, la gorge circonférentielle 17 étant une fente circonférentielle. [0055] Dans le mode de réalisation illustré de la figure 1, la coiffe 19 est annulaire. En variante, la coiffe 19 comprend une pluralité de pièces de coiffe adjacentes sur la circonférence. [0056] Des joints supérieurs 24, 25, 26 sont montés dans ladite gorge circonférentielle 17. Dans le mode de réalisation illustré de la figure 2, la bague interne 2 est pourvue de trois joints supérieurs. En variante, la bague interne 2 peut comprendre un, deux ou plus de trois joints supérieurs. Les joints 24, 25, 26 peuvent être fabriqués en matériau élastomère, par exemple en caoutchouc nitrile. Les joints 24, 25, 26 sont destinés à limiter l'infiltration de liquides, de particules et de poussières provenant de l'environnement sous-marin entre la bague interne 2 et la bague externe 3. [0057] Les joints supérieurs 24, 25, 26 sont chacun pourvus d'un talon annulaire 24a, 25a, 26a monté dans ladite gorge 17, et d'une lèvre d'étanchéité 24b, 25b, 26b qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis ledit talon vers la bague externe 3. [0058] L'épaulement 18 est pourvu d'un collier axial annulaire 27 qui bloque radialement le 6 talon annulaire 24a d'un premier joint supérieur 24 dans une direction radialement vers l'extérieur. La coiffe 19 est également pourvue d'un collier axial annulaire 28 qui bloque radialement le talon annulaire 26a d'un troisième joint supérieur 26 dans une direction radialement vers l'extérieur. [0059] Les lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b font saillie radialement vers l'extérieur de manière décalée par rapport à la surface frontale externe 16 de la bague interne 2 dans laquelle est formée la gorge circonférentielle 17. En outre, les lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b font saillie radialement vers l'extérieur de manière décalée par rapport à la coiffe 19. Les lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b sont flexibles dans la direction radiale. Avantageusement, les lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b s'étendent obliquement par rapport à un plan radial. Avantageusement, le premier joint supérieur 24 est pourvu d'une lèvre d'étanchéité 24b qui est orientée à l'opposé de celles des autres joints 25, 26. [0060] Avantageusement, une bague de guidage 29 peut être disposée dans la gorge circon- férentielle 17 et entre le premier et le deuxième joint supérieur 24, 25. La bague de guidage 29 comprend une bride 30 qui fait saillie radialement vers l'extérieur vers la bague externe 3. La bride 30 s'étend obliquement dans la même direction que la lèvre d'étanchéité 26b du troisième joint supérieur 26 afin d'empêcher toute inversion de ladite lèvre d'étanchéité 26. La bague de guidage comprend en outre un collier annulaire axial 31 qui bloque radialement le talon annulaire 25a d'un deuxième joint supérieur 25 dans une direction radialement vers l'extérieur. [0061] Les lèvres d'étanchéité assurent une fonction d'étanchéité dynamique avec la bague externe 3. L'expression "étanchéité dynamique" signifie ici une étanchéité entre deux pièces qui se déplacent l'une par rapport à l'autre. Les lèvres 24b, 25b, 26b viennent en contact de friction glissant avec l'alésage 35 de la bague externe 3. Les lèvres ont ainsi une surface de contact avec l'alésage 35 de la bague externe 3. Le contact de friction entre les lèvres 26 et l'alésage 35 de la bague externe 3 est radial. Les extrémités libres des lèvres 26 ont avantageusement une forme triangulaire en section transversale afin de limiter le frottement entre les joints 24 et la bague externe 3. [0062] Le roulement d'orientation 1 comprend en outre un joint interne 36 sur le côté interne Cl. Le joint interne 36 est axialement opposé aux joints supérieurs 24, 25, 26. Le joint interne 36 comprend un talon annulaire 36a monté dans une fente annulaire 37 formée dans l'alésage 35 de la bague externe 3, et une lèvre d'étanchéité 36b faisant saillie radialement vers l'intérieur vers la bague interne 2. La lèvre d'étanchéité 36b présente une extrémité libre en contact de friction glissant avec une surface latérale inférieure 14 de la bague interne 2. Le contact entre la lèvre d'étanchéité 36b et la bague interne 2 est axial dans ce cas. [0063] Les joints supérieurs 24, 25, 26 et le joint inférieur 26 définissent une chambre 7 annulaire fermée 38 entre la bague interne 2 et la bague externe 3 à l'intérieur de laquelle les rangées de billes 4, 5 sont disposées. Avantageusement, la chambre annulaire fermée 38 est pourvue de lubrifiant. La chambre annulaire fermée 38 est protégée par les joints contre la pénétration de particules contaminantes extérieures, de poussières et de liquides. [0064] Selon l'invention, la bague externe 3 est en outre pourvue d'un déflecteur 40 pour améliorer l'étanchéité du roulement d'orientation 1. [0065] Avantageusement, le déflecteur 40 est fabriqué en polyéther-éther-cétone (PEEK). Ce matériau est particulièrement adapté pour résister aux caractéristiques de l'eau de mer, et aux espèces sous-marines. [0066] Le déflecteur 40 est fixé à la surface latérale supérieure 34 de la bague supérieure 3. Dans le mode de réalisation illustré, la surface latérale supérieure 34 est pourvue circonférentiellement d'une pluralité de trous filetés axiaux 41. Le déflecteur 40 est pourvu d'une pluralité de trou traversant axiaux 42, chacun desdits trous 42 étant axialement en regard d'un trou fileté correspondant 41. Le déflecteur 40 est fixé à la bague externe 3 par une pluralité de vis 43 s'étendant à travers les trous du déflecteur 42 et en prise avec les trous filetés 41 de la bague externe 3. Avantageusement, les têtes des vis 43 sont couvertes par du mastic afin de résister à l'environnement sous-marin. En variante, le déflecteur 40 peut être fixé à la bague externe 3 par tout autre moyen approprié. [0067] Le déflecteur 40 est décalé axialement vers le côté supérieur Cu par rapport aux joints supérieurs 24, 25, 26 et plus particulièrement à leurs lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b. [0068] Le déflecteur 40 comprend une partie de déflection annulaire 44 qui fait saillie ra- dialement vers l'intérieur de manière décalée par rapport à l'alésage 35 de la bague externe 3. La partie de déflection 44 s'étend radialement vers l'intérieur à proximité immédiate de la coiffe 19 fixée à la bague interne 2. La partie de déflection 44 entoure radialement entièrement lesdites lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b. [0069] En variante, la partie de déflection 44 entoure seulement partiellement les lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b, et plus particulièrement leurs extrémités libres en contact de friction glissant avec l'alésage 35 de la bague externe 3. [0070] La partie de déflection 44 fournit une fonction d'étanchéité dynamique avec la bague interne 2. La partie de déflection 44 forme un joint à passage étroit avec la coiffe 19. Le passage étroit entre le déflecteur 40 et la coiffe 19 est radial dans ce cas. La partie de déflection 44 entoure la lèvre d'étanchéité 26b du troisième joint supérieur 26 et forme un joint préalable en amont de ladite lèvre. Ceci permet de réduire le nombre de particules contaminantes qui s'infiltrent vers la lèvre 26b et atteignent celle-ci. Le déflecteur 40 forme un obstacle empêchant que l'écoulement transportant la pollution 8 contaminante n'atteigne la lèvre 26b. [0071] Dans le mode de réalisation illustré de la figure 3, le déflecteur 40 comprend une pluralité de parties de déflecteur adjacentes sur la circonférence. En variante, le déflecteur 40 est annulaire. [0072] En variante, le déflecteur et/ou les joints supérieurs peuvent fournir une fonction d'étanchéité dynamique avec un cadre ou un boîtier. [0073] Un deuxième mode de réalisation de l'invention est illustré dans la figure 4, dans laquelle les mêmes éléments ont les mêmes références. [0074] L'alésage 35 de la bague externe 3 est pourvu d'une gorge circonférentielle 45 ouverte radialement vers l'intérieur vers la bague interne 2, et également ouverte axialement vers le haut. Un élément tubulaire 46 est monté dans ladite gorge circonférentielle 45. L'élément tubulaire présente une surface cylindrique externe 47, un alésage 48, et est bordé axialement entre une surface latérale inférieure 49 et une surface latérale supérieure 50. [0075] La surface latérale supérieure 50 de l'élément tubulaire 46 est décalée axialement vers le haut par rapport à la surface latérale supérieure 34 de la bague externe 3. L'alésage 48 de l'élément tubulaire 46 est aligné axialement avec l'alésage 35 de la bague externe 3. [0076] L'élément tubulaire 46 est fixé à la surface latérale supérieure 34 de la bague su- périeure 3. Dans le mode de réalisation illustré, la surface latérale supérieure 34 est pourvue circonférentiellement d'une pluralité de trous filetés axiaux 51. L'élément tubulaire est pourvu d'une partie extérieure 52 qui est pourvue d'une pluralité de trous traversants axiaux 53, chacun desdits trous 53 étant axialement en regard d'un trou fileté correspondant 51. La partie extérieure 52 de l'élément tubulaire 46 est fixée à la bague externe 3 par une pluralité de vis 54 s'étendant à travers les trous 53 et en prise avec les trous filetés 51 de la bague externe 3. En variante, le déflecteur 40 peut être fixé à la bague externe 3 par tout autre moyen approprié. [0077] Un déflecteur 55 est monté sur la surface latérale supérieure 50 de l'élément tubulaire 46. Le déflecteur 55 est fixé à l'élément tubulaire par n'importe quels moyens appropriés, par exemple par des vis (non illustrées dans cette section axiale). Le déflecteur 55 couvre les vis 54 qui fixent l'élément tubulaire 46 à la bague externe 3. [0078] Le déflecteur 55 est décalé axialement vers le côté supérieur Cu par rapport aux joints supérieurs 24, 25, 26 et plus particulièrement par rapport à leurs lèvres d'étanchéité 24b, 25b, 26b. [0079] Le déflecteur 55 comprend une partie de déflection annulaire 56 qui fait saillie ra- dialement vers l'intérieur de manière décalée par rapport à l'alésage 48 de l'élément tubulaire 46. La partie de déflection 56 s'étend radialement vers l'intérieur à proximité immédiate de la coiffe 19 fixée à la bague interne 2. La partie de déflection 56 entoure 9 radialement entièrement lesdites lèvres d'étanchéité des joints supérieurs 24, 25, 26. [0080] La partie de déflection 56 fournit une fonction d'étanchéité dynamique avec la bague interne 2. La partie de déflection 56 forme un joint à passage étroit avec la coiffe 19. [0081] L'invention fournit un roulement d'orientation qui est capable d'assurer la rotation relative entre une première bague et une deuxième bague, le roulement ayant une étanchéité améliorée grâce à l'utilisation de moyens d'étanchéité comprenant les joints supérieurs montés sur la première bague et le déflecteur monté sur la deuxième bague. De tels moyens d'étanchéité sont capables de sceller l'espace entre la première et la deuxième bague par un joint de friction glissant et un joint à passage étroit afin de limiter la pénétration de particules contaminantes et de liquides dans la direction d'éléments de roulement. [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71