CH506007A - Joint étanche pour arbre de machine et son procédé de fabrication - Google Patents

Description

  
 



  Joint étanche pour arbre de machine et son procédé de fabrication
 L'invention a trait à un joint étanche pour arbre de machine permettant d'obtenir un joint effectif et dynamique entre un arbre animé d'un mouvement de rotation, d'un mouvement vibratoire ou d'un mouvement de va-et-vient et un carter stationnaire à travers lequel ledit arbre fait saillie.



   Dans de nombreux genres de machines, il est   néces    saire de prévoir des moyens de transfert d'une force rotative mécanique à l'intérieur d'un carter ou hors d'un carter dans lequel un fluide tel qu'un liquide ou de   l'air    est maintenu sous une pression positive. Afin de réaliser cela sans fuite de fluide vers l'extérieur autour de l'arbre, il faut prévoir un joint qui entoure étroitement l'arbre et qui, simultanément, permet à l'arbre de tourner sans friction indue. Les joints doivent évidemment résister aux effets corrosifs du fluide qu'ils retiennent, et simultanément ils doivent être capables de résister à des conditions de fonctionnement extrême telles que des variations de température et les effets de frottement de l'arbre lui-même.



   Jusqu'à présent, les joints étanches utilisés dans de tels cas comprenaient un élément d'étanchéité en caoutchouc ou matériau similaire présentant une lèvre d'étanchéification flexible qui donnait lieu à un ajustage serré autour de l'arbre à étanchéifier. L'élément de joint en caoutchouc était alors introduit à force dans l'orifice du carter de la machine traversé par l'arbre, et l'ajustage serré entre ledit élément de caoutchouc et ledit orifice produisait l'étanchéité. Dans certains cas, des anneaux de raidissement étaient prévus pour renforcer l'élément d'étanchéité en caoutchouc.



   Certaines difficultés apparaissaient lors de l'utilisation de joints en caoutchouc synthétique, entre autres du fait que le matériau utilisé pour la fabrication de ces joints ne résistait pas à l'action corrosive du matériau fluide à retenir. De plus, le matériau d'étanchéification donnait lieu à un degré élevé de friction entre lui-même et l'arbre rotatif.   I1    était encore soumis à une usure considérable et présentait par conséquent une durée d'efficacité excessivement courte.



   On a découvert que les résines synthétiques à base de polyétrafluoroéthylène (désigné par la suite comme
PTFE) permettent de résoudre un grand nombre de problèmes de corrosion, de friction et d'usure inhérents au caoutchouc synthétique. De plus, on a trouvé que le
PTFE quand il est utilisé comme élément de joint' dépose une pellicule très fine de matériau sur la surface de métal sur laquelle il frotte.   I1    en résulte une autolubrification qui réduit le coefficient de friction et permet une durée d'utilisation considérablement prolongée.



  L'utilisation de PTFE dans des joints d'arbre permet également d'opérer à des températures variant entre   800 C    et + 2600
 Quoique les matériaux à base de PTFE résolvent de nombreux problèmes posés par les joints en caoutchouc synthétique, ces matériaux présentant d'autres propriétés qui créent des difficultés en vue de les adapter à être utilisés comme joints d'arbre rotatif. Les matériaux à base de PTFE sont par exemple démunis de certaines propriétés importantes des élastomères telles que la  mémoire  élastique. Par conséquent, il est difficile d'obtenir un joint satisfaisant entre le matériau à base de PTFE et la paroi extérieure du carter dans lequel il est monté.

  Un dispositif connu pour résoudre ce problème consiste à prévoir une enveloppe métallique de forme cylindrique présentant à l'une de ses extrémités un rebord orienté vers l'intérieur dans lequel l'élément de joint est logé. Le diamètre de l'enveloppe cylindrique a été choisi de façon à s'ajuster étroitement à l'orifice du carter traversé par l'arbre de sorte que le carter exerce une pression sur ladite enveloppe lorsqu'elle est  logée dans ledit orifice et que cette pression soit transmise à l'élément d'étanchéité de façon que la périphérie de ce dernier soit maintenue étroitement serrée dans ladite enveloppe.   I1    est évident que cette méthode nécessitait un assemblage très minutieux et ne permettait que des tolérances minimes; en général, son application était d'autre part très laborieuse et difficile.



   L'invention a pour objet de résoudre les difficultés que posaient les joints connus en permettant d'obtenir un joint étanche très satisfaisant pour des arbres rotatifs.



  Ce joint présente d'autre part l'avantage de pouvoir être fabriqué facilement à des tolérances plus larges que celles requises pour les joints antérieurs susmentionnés.



   Ce joint étanche pour arbre de machine est caractérisé en ce qu'il comprend un élément d'étanchéité en forme de rondelle en polyétrafluoroéthylène, un joint en forme de rondelle en matériau élastomère et une enveloppe annulaire présentant un logement périphérique interne dans lequel les bords externes dudit élément d'étanchéité et dudit joint en forme de rondelle sont sertis face à face, ladite enveloppe pressant le joint en forme de rondelle et l'élément d'étanchéité   l'un    contre l'autre.



   Dans une forme d'exécution particulière du joint, l'enveloppe peut présenter un prolongement pour la fixer au carter à travers lequel l'arbre fait saillie. De toute manière, l'enveloppe peut être fixée au carter par ledit prolongement sans que l'élément en PTFE ne soit soumis à une contrainte quelconque de la part du carter et par conséquent sa mise en place ne produit aucune distorsion, contrainte ou autre effet indésirable sur le joint réalisé entre l'enveloppe et l'élément en PTFE.



   Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.



   La fig. 1 en est une vue en élévation partiellement en coupe, représentant une partie d'un carter de machine dans laquelle la première forme d'exécution est montée.



   La fig. 2 en est une vue en coupe. à plus grande échelle avec arrachement partiel selon la ligne 2-2 de la fig. 1.



   La fig. 3 en est une vue en coupe selon 3-3 de la fig. 2.



   La fig. 4 en est une vue partielle similaire à la partie supérieure de la fig. 2 représentant la seconde forme d'exécution.



   La partie d'un carter de machine 10 représentée à la fig. 1 présente un orifice 12 par lequel un arbre 14 fait saillie. L'arbre 14 est monté de façon rotative à l'intérieur du carter de la machine 10 sur un palier à roulement 16.



   Un joint 18 est monté dans l'orifice 12 du carter 10 de la machine de manière à empêcher tout écoulement de fluide qui pourrait être contenu dans le carter 10 par l'orifice 12.-Le joint 18 est ajusté étroitement autour de l'arbre 14 et permet à l'arbre 14 de tourner tout en empêchant simultanément toute fuite de fluide de l'intérieur du carter de la machine 10 le long de la surface de l'arbre 14.



   On voit aux fig. 2 et 3 que le joint 18 comprend un boîtier 20 de forme généralement cylindrique et présentant un rebord 22 incurvé vers l'intérieur. Le boîtier 20 est monté à force dans l'orifice 12 du carter 10 de la machine de façon à empêcher toute fuite d'huile entre le carter de la machine et le boîtier du joint.



   Le joint 18 comprend d'autre part un élément d'étanchéité 24 en forme de rondelle en PTFE flexible. Cet élément a un diamètre interne normal qui est légèrement inférieur à celui de l'arbre 14 de sorte que, comme représenté à la fig. 2, I'arbre 14, en passant par l'orifice central de l'élément d'étanchéité 24, le distende quelque peu pour former un ajustage serré. Cela permet d'autre part de donner naissance à une incurvation dirigée vers l'intérieur à l'élément d'étanchéité 24 et d'accroître son efficacité en tant que joint étanche au contact de l'arbre 14, particulièrement dans le cas où une pression positive existe à l'intérieur du carter de la machine 10.



   Un joint 26 en matériau élastomère est disposé à plat contre l'élément d'étanchéité 24. Comme représenté à la fig. 2, les diamètres externes du joint 26 et de l'élément d'étanchéité 24 coïncident; toutefois, le diamètre interne du joint 26 est alors plus grand que celui de l'élément d'étanchéité 24, de sorte que seul l'élément d'étanchéité 24 est effectivement au contact de l'arbre 14. Une rondelle rigide 28, de dimensions internes et externes similaires à celles du joint 26 est placée sur la face opposée de l'élément d'étanchéité 24 en PTFE et ce dernier est ainsi disposé entre la rondelle 28 et le joint 26. La rondelle, le joint et l'élément d'étanchéité sont pressés   l'un    contre l'autre dans une enveloppe 30 en tôle métallique qui recouvre les bords périphériques de la rondelle du joint et de l'élément d'étanchéité.

  L'enveloppe 30, comme représenté à la fig. 2, comprend une paroi frontale 32 qui prend appui contre la surface latérale externe du joint 26. La paroi 32 présente les mêmes diamètres interne et externe que le joint 26, de sorte que la paroi 32 joue le rôle d'organe presseur qui exerce une pression pratiquement uniforme sur toute la surface du joint 26, de même que la rondelle 28 distribue des pressions sur une surface comparable de l'élément d'étanchéité 24 en PTFE. On voit que la rondelle 28 forme une partie de paroi interne de l'enveloppe 30 correspondant à la partie de paroi externe 32, ce qui permet à l'enveloppe 30 d'être conformée de façon à fournir la pression requise en rabattant une languette interne 34 relativement courte autour de la surface externe de la rondelle 28.

  Ainsi, l'enveloppe 30-et la rondelle 28 forment un logement s'ouvrant vers l'intérieur, c'est-à-dire vers le centre de l'arbre 14.



   L'enveloppe 30 présente un prolongement 36 de sa paroi externe 32. Ce prolongement 36 est serti sur le rebord 22 du boîtier de joint 20 de manière à fixer l'enveloppe 30 au boîtier de joint 20.



   En fonctionnement, l'arbre 14, lorsqu'il tourne, sera étanchéifié par le bord du diamètre interne de   l'élément    d'étanchéité en PTFE 24. L'élément d'étanchéité 24, quoiqu'il ne présente pas de propriétés élastomères, est néanmoins scellé à l'intérieur de l'enveloppe 30, par suite de l'effet de compression produit par l'enveloppe 30 entre l'élément d'étanchéité 24 et le joint 26. Le joint 26, étant élastomère, établit un joint entre l'élément d'étanchéité 24 et lui-même ainsi qu'entre la paroi externe 32 de l'enveloppe 30 et lui-même.

 

   D'autre part, le sertissage du prolongement 36 autour du rebord 22 du boîtier de joint 20 peut être effectué sans produire de tension entre le boîtier 20 et l'élément d'étanchéité en PTFE 24. Ainsi, la difficulté de manipulation qui caractérisait l'utilisation d'éléments d'étanchéité en PTFE comme joint étanche dans le passé est éliminée dans le présent dispositif.



   Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, le diamètre extérieur du boîtier de joint 40 est de dimension notablement supérieure au diamètre extérieur de l'enveloppe 30. Le dispositif de la fig. 4 démontre qu'il  est possible d'utiliser un joint étanche tel que décrit sans avoir à modifier les dimensions ou la configuration de l'élément d'étanchéité en PTFE 24 ou de l'enveloppe 30, tant que le diamètre de l'arbre 14 reste inchangé. Ainsi, pour un diamètre donné de l'arbre, on peut prévoir des joints étanches convenables pour les orifices 12 du carter de machine 10 de diamètre quelconque simplement en prévoyant des boîtiers de joints 20 dont le rebord 22 est suffisamment grand pour coïncider avec le diamètre interne du joint 26 et de la rondelle 28.

  De cette façon, on réduit de façon notable le nombre des dimensions des parties de joint qu'il y a lieu de tenir en stock pour tenir compte des besoins correspondant à un grand nombre de machines.



   L'enveloppe 30 et l'élément d'étanchéité en PTFE 24 peuvent être retirés et remis en place sur le boîtier de joint 20 simplement en détachant le prolongement serti 36. L'enveloppe 30 et l'élément d'étanchéité 24 peuvent être replacés sur un autre arbre dans une machine différente; le montage et le démontage peuvent être effectués sans que les précautions requises précédemment n'aient à être prises en considération étant donné qu'aucune de ces opérations n'implique un transfert direct de force sur l'élément d'étanchéité 24. Ainsi, l'efficacité de l'élément d'étanchéité en PTFE 24 peut être maintenue bien plus longtemps.

 

   L'élément d'étanchéité en PTFE 24 est constitué de polytétrafluoroéthylène synthétique comme mentionné précédemment.   I1    peut, évidemment, comprendre des agents de renforcements tels que de la poudre de carbone, des fibres de verre ou de la poudre de bronze qui augmentent sa durée d'efficacité et améliorent ses carac   téristiques    opératoires. Le joint 26, comme mentionné ci-dessus, est un matériau élastomère et de préférence un fluoroélastomère. 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   I. Joint étanche pour arbre de machine, caractérisé en ce qu'il comprend un élément d'étanchéité en forme de rondelle en polytétrafluoroéthylène, un joint en forme de rondelle en matériau élastomère et une enveloppe annulaire présentant un logement périphérique interne dans lequel les bords externes dudit élément d'étanchéité et dudit joint en forme de rondelle sont sertis face à face, ladite enveloppe pressant le joint en forme de rondelle et l'élément d'étanchéité l'un contre l'autre.

   II. Procédé de fabrication d'un joint étanche dynamique pour arbre de machine selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on dispose un élément d'étau chéité en forme de rondelle en polytétrafluoroéthylène et un joint en forme de rondelle en matériau élastomère entre une paire d'éléments métalliques en forme de rondelle et en ce que l'on sertit l'un de ces éléments métalliques sur la périphérie externe des autres éléments et le long du bord externe de l'autre élément métallique pour presser lesdits éléments l'un contre l'autre.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce que l'enveloppe comprend une rondelle rigide le long d'une des parois dudit logement périphérique interne pour répartir les forces de pression de ladite enveloppe sur une surface plus grande desdits joint en forme de rondelle et élément d'étanchéité.

   2. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce que le diamètre interne dudit élément d'étanchéité est inférieur au diamètre interne desdits joint en forme de rondelle et enveloppe.

   3. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce que les diamètres internes dudit joint en forme de rondelle et de ladite enveloppe sont pratiquement identiques.

   4. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce que les diamètres internes des deux parois de ladite enveloppe, y compris ladite rondelle rigide et le diamètre interne dudit joint en forme de rondelle, sont pratiquement identiques et que le diamètre interne dudit élément d'étanchéité est inférieur au diamètre interne desdits joint en forme de rondelle et enveloppe.

   5. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite enveloppe est en métal embouti et est sertie sur lesdits joint en forme de rondelle et élément d'étanchéité.

   6. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite enveloppe comprend une paroi recouvrant une surface latérale identique à celle dudit joint en forme de rondelle.

   7. Joint étanche selon la sous-revendication 6, caractérisé en ce que l'autre paroi de cette enveloppe est sertie sur une rondelle rigide qui, en coopération avec la première paroi, presse le joint en forme de rondelle et l'élément d'étanchéité l'un contre l'autre.

   8. Joint étanche selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier de joint présentant une partie cylindrique et un rebord dirigé vers l'intérieur délimitant une ouverture circulaire, une enveloppe en tôle métallique présentant un prolongement fixé audit boîtier de joint autour de son ouverture circulaire, un élément d'étanchéité en forme de rondelle en polytétra fluoroéthylène et un joint en forme de rondelle en matériau élastomère, lesdits élément d'étanchéité et joint en forme de rondelle étant pressés l'un contre l'autre à leur périphérie externe par ladite enveloppe en tôle métallique.

   9. Joint étanche selon la sous-revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre interne dudit joint en forme de rondelle et de ladite enveloppe en tôle métallique correspond au diamètre de ladite ouverture circulaire.

   10. Joint étanche selon la sous-revendication 9, caractérisé en ce que ledit prolongement de ladite enveloppe en tôle métallique traverse ladite ouverture circulaire et est serti par cette ouverture audit boîtier de joint.