Anneau pour assurer l'étanchéité entre deux organes dont l'un au moins est rotatif La présente invention a pour objet un anneau pour assurer l'étanchéité entre deux organes dont l'un au moins est rotatif, notamment entre un arbre et une paroi dans laquelle ledit arbre est monté rotatif et de part et d'autre de laquelle se trouvent des fluides à des pressions différentes, cet anneau étant caractérisé en ce qu'il comporte une bague en un matériau élastique, tel que le caoutchouc, pourvu d'une frette, de telle sorte qu'une pression axiale sur cette bague provoque une diminution de son dia mètre interne, et d'une partie autolubrifiante,
la face de cette partie autolubrifiante étant rectifiée pour assurer un joint étanche contre une surface conjuguée de l'un desdits organes entre lesquels l'étanchéité doit être assurée lorsque la bague élastique prend appui contre l'autre de ces organes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes de l'anneau objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective, avec arra chement partiel, d'une première forme d'exécution d'un anneau.
La fig. 2 en montre une utilisation comme joint pour compresseur rotatif, le joint étant disposé à l'extérieur du compresseur.
La fig. 3 est une vue analogue, le joint étant placé à l'intérieur du cômpresseur.
La fig. 4 est une vue en perspective d'une pre mière variante d'anneau.
La fig. 5 en montre une application. La fig. 6 est une vue partielle en perspective d'une portion d'une deuxième variante d'anneau.
La fig. 7 en montre une application, à titre de joint, entre un arbre rotatif et une paroi traversée librement par cet arbre.
La fig. 8 est une coupe analogue à la fig. 7, mais à plus grande échelle, d'une troisième variante d'an neau prenant appui contre l'arbre rotatif - par sa bague autolubrifiante.
La fig. 9 est une coupe partielle suivant la ligne 9-9 de la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe partielle d'une variante similaire.
La fig. 11 est une coupe axiale radiale d'une autre variante d'anneau composite pourvu intérieu rement de ressorts qui tendent à l'allonger parallèle ment à l'axe.
La fig. 12 est une coupe partielle d'une dernière variante.
Dans la forme d'exécution représentée à -la fig. 1, l'anneau A1 d'étanchéité comporte une bague élas tique 1 en caoutchouc naturel ou synthétique (néo- prène) ou tout autre matériau élastique similaire. Cette bague a une section par un plan axial radial en forme de U. Elle comporte, en effet, une gorge annu laire 2 très profonde, débouchant sur l'une des faces latérales de la bague par une fente 3 qui s'étend sur tout le pourtour de la bague.
Les portions 4 et 5 de cette bague, concentriques l'une à l'autre et sépa rées par la fente 3, forment deux talons circonféren- tiels massifs de telle sorte que la bague 1 affecte une forme analogue à celle d'un pneumatique pour roue de véhicule.
Cette bague est encastrée à l'intérieur d'une cornière annulaire 6 en laiton ou autre matériau résistant qui la frette. Elle est maintenue sur cette frette 6 à l'aide d'une ferrure 7, elle-même en forme d'anneau et dont la section par un plan radial axial est en forme de U à ailes évasées pour venir prendre appui contre les faces internes des talons 4 et 5 de la bague 1. Cette ferrure 7, qui peut être intro duite facilement dans la bague 1 par écartement de ses deux talons et qui pourrait, au surplus, être cons tituée par plusieurs tronçons attenants ou non, est ensuite fixée, par exemple, par une soudure électri que par points en 8, dans la frette 6, ce qui immo bilise<I>ipso facto</I> la bague 1 dans cette frette.
Comme on peut le voir, la gorge profonde 2 de la bague 1 se trouve obturée d'une manière étanche par l'ensemble de la frette 6 et de la ferrure rap portée 7, formant ainsi une cavité annulaire 9 fermée. Toutefois, cette cavité débouche dans le vide central de l'anneau par des trous 10, ménagés de place en place sur tout le pourtour du flanc interne de la bague 1.
Enfin, dans cette bague 1, à l'opposé de la fer rure 7, est ménagée extérieurement une gorge 11 dans laquelle est encastrée une bague 12 en un matériau autolubrifiant, par exemple en graphite ou en un mélange de graphite et d'une autre substance plastique ou élastique telle que du caoutchouc ou de la bakélite. Cette bague 12 fait saillie sur une cer taine longueur hors de la gorge 11 et elle présente une face latérale libre 13, rigoureusement plane et rectifiée.
La bague 12 est maintenue sur la bague 1 soit simplement du fait de son encastrement élastique dans la gorge 11, soit par collage ou vulcanisation dans cette gorge.
L'anneau composite Ai qui vient d'être décrit est destiné à la réalisation d'un joint à la traversée d'une paroi par un arbre rotatif.
La fig. 2 représente schématiquement son appli cation sur un compresseur Bl pour constituer un joint d'étanchéité entre un arbre 14 de ce compres seur et une paroi 15 rapportée sur un carter 16 de ce compresseur, la face externe de cette paroi 15 étant parfaitement rectifiée et perpendiculaire à l'axe XX de l'arbre 14. Dans une telle application, la paroi 15 sépare donc l'intérieur du compresseur où règne une certaine pression P de l'extérieur où règne la pression atmosphérique p, inférieure à P.
Cette paroi est traversée avec jeu par l'arbre 14 qui comporte un épaulement 17 contre lequel est appliqué, par la frette 6, l'anneau Ai.
L'arbre 14, lors du montage, est disposé longi tudinalement par rapport au compresseur Bi, de manière qu'il exerce par son épaulement 17 une poussée axiale sur l'anneau A dans le sens de la flèche <B>fi,</B> appliquant ainsi avec une certaine pression axiale la bague autolubrifiante 12 contre la surface externe de la paroi 15.
Par ailleurs, les dimensions internes de l'an neau A1 sont telles que celui-ci a un diamètre interne, à l'état libre, légèrement inférieur au diamètre de l'arbre. L'anneau A1 est donc emmanché à force sur cet arbre sur lequel la bague élastique 1 serre déjà, avant même la compression axiale résultant de la poussée axiale exercée par l'épaulement 17 de l'arbre.
Sous l'action de cette poussée, la bague auto- lubrifiante 12 tend à s'engager plus avant dans la bague élastique 1 et, comme celle-ci est frettée exté rieurement par la cornière 6, il en résulte que la matière élastique se déforme dans ses flancs, exer çant ainsi une poussée élastique sur la bague 12, dans le sens de la flèche <B>fi</B> et en appliquant plus fortement sur l'arbre 14 la portion voisine de l'alésage interne de la bague 1, alésage qui diminuerait de diamètre en l'absence de cet arbre.
Il en résulte que l'anneau composite Ai est entraîné en rotation lorsque l'arbre tourne, un contact de glissement ayant lieu entre la bague 12 et la paroi 15. Comme les surfaces en contact sont recti fiées, on obtient un contact étanche d'autant plus parfait, dès le montage, que la pression élastique due à la déformation de la bague 1 est plus grande.
En cours de marche, à cette pression élastique vient s'ajouter l'action due à la différence de pres sion régnant entre l'intérieur du compresseur Bi et l'atmosphère. Le fluide comprimé dans le compres seur gagne, en effet, par les trous 10, la chambre 9 ménagée dans l'anneau A1 et tend à agrandir cette chambre. Comme la bague 1 est maintenue extérieu rement par la frette 6, il en résulte une application d'autant plus forte du flanc interne de cette bague contre l'arbre et de la bague autolubrifiante 12 con tre la paroi 15 que la différence de pression (P-p) est plus grande. Le joint est donc à autoserrage.
A la fig. 3, on a représenté une variante dans la quelle l'anneau de joint A2 est disposé à l'intérieur du compresseur B2 ; en vue de l'action d'autoserrage, la bague 1d du joint comporte des trous 101, dans son flanc externe. Le reste du joint est identique au joint décrit ci-dessus et le résultat est également identique sous la seule réserve que la compression axiale exer cée par l'arbre ait lieu dans le sens de la flèche f2.
La fig. 4 représente une variante d'anneau A3 qui dérive de la première variante par une rotation de 90,1 sur elle-même de chaque section radiale des deux bagues. En effet, la bague 1e est appliquée par ses talons contre l'aile externe de la cornière 6c, cette aile étant emboutie en 18 pour mieux recevoir ces talons.
La bague autolubrifiante 12e est concentrique vers l'intérieur<B>de</B> la bague le et est encastrée dans une gorge 11 c, ménagée dans la surface interne de cette bague. Des trous 10c, destinés à faire commu niquer la cavité interne de l'anneau avec l'extérieur sont ménagés dans l'un ou l'autre des flancs de la bague 1e suivant la position du joint dans le méca nisme qui le reçoit.
Dans cette variante, c'est bien entendu la surface cylindrique interne 19 et la bague autolubrifiante 12c qui est rectifiée et cette bague est d'une nature telle qu'elle peut se déformer élastiquement, ce qui exclut sa réalisation en graphite pur. Cette bague est donc en une matière élastique ou plastique graphitée, par exemple en caoutchouc naturel ou synthétique gra phité.
La fig. 5 montre une application de l'anneau A3 sur une machine à l'extérieur d'un palier 20 dans lequel tourillonne un arbre 14c. L'anneau est logé dans une feuillure 21 de la paroi 22 de la machine et prend appui, par l'un des flancs de la bague 1e, contre le fond de cette feuillure, cependant qu'il est maintenu dans cette feuillure par un jonc fendu et élastique 23 engagé d'ans une gorge de la feuillure.
La bague autolubrifiante 12 prend appui par sa surface rectifiée et cylindrique. contre l'arbre 14c sur lequel elle appuie élastiquement par la déforma tion initiale obtenue par la compression axiale de la bague le, entre le fond de la feuillure 21 et la frette 60.
Dans cette application, l'intérieur de la machine est supposé en surpression par rapport à l'extérieur. Dans ce cas, les trous 10c sont tournés vers l'intérieur de la machine et le fluide sous pression pénétrant dans la cavité 9c assure l'autoserrage comme dans les applications précédentes.
Dans la variante représentée à la fig. 6, l'anneau d'étanchéité A4 comporte une bague élastique le en caoutchouc naturel ou synthétique (néoprène) ou tout autre matériau élastique similaire. Cette bague a toujours une section par un plan axial radial en forme de U et comporte une gorge très profonde ou cavité annulaire 211 débouchant sur une face laté rale 24, qui est plane et perpendiculaire à l'axe XX de la bague, par une ouverture circulaire 25 de lar geur radiale inférieure à la largeur radiale de la portion adjacente de la cavité 9d.
Cette bague 1a comporte, de part et d'autre de cette cavité 911, deux portions concentriques formées, chacune, d'un flanc 25 ou 26 relativement mince, suivi d'un talon massif 27 ou 28. Le talon 27 fait saillie vers l'extérieur, en 29, par rapport au flanc 25 auquel il est raccordé par un congé 30. De même, le talon 28 fait saillie vers l'axe XX de l'anneau composite par sa surface externe 31, raccordée par un congé 32 à la surface externe tournée également vers ledit axe XX du flanc 26.
Dans le talon externe 27 est noyée une pièce annulaire 611 de section radiale axiale en forme de cornière, cette pièce, en laiton ou autre matériau résistant, frette ce talon au même titre que les frettes externes des bagues précédentes. Du fait que cette frette est noyée dans la bague, elle est complètement protégée contre les détériorations par les agents cor rosifs et ou abrasifs. Dans les deux talons 27 et 28 sont ménagées, concentriquement, deux rainures 31 et 32 dans les quelles est engagée une rondelle 33 dont les grandes faces sont perpendiculaires à l'axe XX et qui ferme la cavité 9d.
Cette rondelle 33 peut être aisément mise en place par l'ouverture 25 grâce à l'écartement élastique vers l'axe XX du flanc 26 et du talon 28. Cette rondelle 33 obture d'une manière étanche la cavité 9e, sans gêner pour autant les déformations du talon 28, car ce talon peut glisser par sa rainure 32 sur cette rondelle 33.
Enfin, à l'opposé des talons 27 et 28, c'est-à-dire au sommet du U, la bague 1a comporte une portion massive dans laquelle est noyée une rondelle métal lique 34. Ce talon porte, en outre, extérieurement, en relief sur sa face plane 35 perpendiculaire à l'axe XX, une bague 1211 en un matériau auto- lubrifiant, réunie au talon de la bague le par l'un quelconque des moyens décrits plus haut, soit notam ment par encastrement dans le talon pourvu à cet effet d'une gorge 11a, soit par collage ou vulcani sation dans cette gorge ou même directement sur la surface 35 dépourvue de gorge.
A noter que la bague 12a pourrait encore, à titre de variante, venir de matière avec la bague la, mais avoir une composition de caoutchouc différente, rendue autolubrifiante par addition au caoutchouc de graphite ou autre substance appropriée.
On notera que la face libre 13d, perpendiculaire à l'axe XX de la bague autolubrifiante, est rigou reusement plane et rectifiée.
La fig. 7 représente, schématiquement, l'applica tion de l'anneau A4 sur un compresseur B4 pour constituer un joint d'étanchéité entre l'arbre 14d de ce compresseur et une paroi 1611 de ce compres seur, cette paroi séparant l'intérieur dudit compres seur où règne une pression P de l'extérieur où règne la pression atmosphérique p inférieure à P. La paroi est traversée avec jeu par l'arbre 14d qui comporte un épaulement 17d contre lequel est appliqué, par ses deux talons 27 et 28, l'anneau A4.
L'arbre 14d exerce, par son épaulement, une poussée axiale sur l'anneau A4 dans le--sens de la flèche f <B>l,</B> appliquant ainsi avec une certaine pression axiale la bague autolubrifiante 1311 contre la paroi 16d.
Avantageusement, en vue d'avoir une bonne étanchéité entre cette bague autolubrifiante et la paroi 16d, celle-ci est pourvue d'une plaque d'usure sous forme d'une rondelle 36 en acier au chrome- nickel ou toute autre matière résistante appropriée. Cette rondelle, à surface plane rectifiée, peut avan tageusement être fixée par vulcanisation ou collage, sur une bague 37 en caoutchouc, emmanchée à force dans une feuillure 38 ménagée dans la face externe de la paroi 16d.
Comme on le comprend, sous l'action de la pression exercée par l'épaulement 17d sur l'an neau A4 dont la face autolubrifiante 13e prend appui contre la rondelle d'usure 36, l'anneau A4 subit une compression axiale qui se traduit par une légère diminution de son diamètre interne du fait que la frette 6d empêche toute dilatation centrifuge. Le talon 28 est donc sollicité, du moins dans sa portion voisine du congé 32, vers l'arbre 141, sur lequel ce talon vient prendre appui élastiquement.
On remarquera que les flancs 25 et 26 sont déformés mais, grâce à la saillie suffisante du talon 28, le flanc 26 ne vient pas porter contre l'arbre et ce flanc, qui constitue l'une des parties les plus fragiles de l'anneau, ne peut donc subir aucune détérioration. Il en serait, au surplus, de même pour le flanc 25 si celui-ci se trouvait encastré dans une rainure ménagée dans l'épaulement 1711, celui-ci ayant alors une section en forme de cornière.
Quant à la rondelle d'usure 36 et à son montage, ils présentent divers avantages - cette rondelle permet notamment de réduire la quantité nécessaire de matière résistante destinée à venir en contact avec la bague autolubrifiante 1211 ; - par le montage sur la bague élastique 37, on supprime toute vis de fixation, puisque cette bague est emmanchée à force dans la feuillure 38 ; - en outre, l'étanchéité entre la rondelle 36 et la paroi 16e est parfaite, puisqu'elle est assurée par du caoutchouc ou autre matière élastique constituant la bague 37 ; - enfin, la rondelle 36 et son support élastique 37 contribuent au même titre que le joint composite A4 à absorber les vibrations éven tuelles qui sont nuisibles à une bonne étan chéité.
A la fi-. 8, on a représenté une variante d'an neau composite A5, destiné à être disposé entre un arbre 14e et une paroi 16e ; les deux talons en relief 27e et 28e de cet anneau sont logés dans une feuillure 39 de la paroi, cependant que la bague autolubri- fiante 13e prend appui contre l'arbre ; l'anneau A5 est maintenu dans la feuillure 39 par un anneau fendu 40.
Dans cette variante, la frette 6e est logée dans le talon 27e quia un diamètre externe inférieur à celui du talon 28e plus massif, de manière à ménager entre lui et la feuillure 39 un espace libre pour rece voir un prolongement déporté 41 d'un anneau 33e, fermant la cavité annulaire 9e de la bague élas tique le.
L'anneau 33e prend donc appui, par sa portion déportée 41 contre la surface cylindrique de la feuillure 39 et, éventuellement, cette portion 41 pourra, dans sa surface externe, comporter des stries ou autres dénivellations 42, destinées à augmenter son coefficient d'adhérence à la feuillure (fig. 9).
Dans cette variante, la bague autolubrifiante 12e, qui doit être souple et qui peut avantageusement venir de matière avec la bague 1e, est serrée par sa surface 19e contre la surface de l'arbre 14e et est légèrement déformée contre cet arbre, comme repré senté sur le dessin. La forme à l'état libre de cette bague peut être celle représentée par le contour en traits pointillés 43.
Eventuellement, la bague<B>Il'</B> peut porter non pas directement sur l'arbre 14e, mais sur un anneau composite formé comme représenté sur la fig. 10 d'une bague de caoutchouc ou autre matériau élas tique 44 et d'une frette externe annulaire 45 en métal, la bague 44 étant comprimée radialement entre l'arbre 14e et la frette 45 dont la surface externe 46 est rectifiée.
Dans la forme d'exécution et les variantes ci- dessus décrites, l'anneau peut avantageusement com porter dans la cavité de sa bague en caoutchouc une série de ressorts destinés à déformer cette bague dans le sens qui appliquera élastiquement la bague auto- lubrifiante contre la surface conjuguée.
A la fig. 11, on a représenté, en coupe axiale radiale, un anneau A6 pourvu de tels ressorts. La bague 1f comporte une frette noyée 6f et sa cavité est fermée par une rondelle 33f engagée dans un talon interne 28f et contre une rainure annulgire 47 de la frette.
On retrouve la bague autolubrifiante 12f et, sous cette bague, une bague noyée 34f, de préfé rence à profil en U ou similaire assurant sa rigidi- fication. Dans la cavité 9f sont disposés, de préfé rence à intervalles égaux, des ressorts tels que celui 48, représenté.
Chacun de ces ressorts, par exemple en hélice à spires de rayon décroissant, prend appui par sa grande base contre la ron delle 33f qui pourra, avantageusement, comporter, au droit de chaque ressort, une saillie 49 venue d'emboutissage, cependant que l'autre extrémité du ressort prend appui contre le talon massif de la bague 1f et peut être maintenue contre tout glissement péri phérique par une saillie 50, venue de matière avec ce talon dans la cavité 9f.
A titre de variante, le ressort<B>48</B> peut, comme représenté à la fig. 12, être engagé par son extrémité dans un trou 51 ménagé dans le talon massif de la bague.
Dans les variantes des fig. 8 et 11, les rondelles 33e (fig. 8) et 33f (fig. 11) seront montées coulis santes dans les rainures des talons de la bague élas tique pour ne pas gêner la déformation de ces talons et leur application contre l'une des surfaces entre lesquelles l'étanchéité doit être réalisée.
Les joints des différentes variantes des fig. 6 à 12 peuvent être rendus autoserreurs en prévoyant dans le flanc de la bague élastique tournée vers l'espace où règne la plus forte pression, un ou plusieurs trous, faisant communiquer avec cet espace la cavité annulaire ménagée dans cette bague, comme il a été décrit à propos des fig. 1 à 5.