EP4314580A1 - Ensemble de joint d'étanchéité, palier à roulement comprenant un tel ensemble - Google Patents

Ensemble de joint d'étanchéité, palier à roulement comprenant un tel ensemble

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EP4314580A1
EP4314580A1 EP21718164.3A EP21718164A EP4314580A1 EP 4314580 A1 EP4314580 A1 EP 4314580A1 EP 21718164 A EP21718164 A EP 21718164A EP 4314580 A1 EP4314580 A1 EP 4314580A1
Authority
EP
European Patent Office
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lip
sliding surface
grease
seal
zone
Prior art date
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Pending
Application number
EP21718164.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Lor
Patrick Brun
Clément ROBIN
Eliette Hélène Céline PINEL
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Hutchinson SA
Original Assignee
Hutchinson SA
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Publication date
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    • F16J15/3256—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports comprising two casing or support elements, one attached to each surface, e.g. cartridge or cassette seals
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    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Definitions

  • the present invention relates to seal assemblies.
  • the invention relates to a seal assembly comprising: a fixed element, a rotary element intended to be rotatable relative to the fixed element around an axis of rotation (X), and a member seal comprising a rigid annular armature integrally mounted on one of the fixed element and the rotating element, and a seal being made of an elastic material and being in contact with a sliding surface of the other element among the fixed element and the rotating element, the seal comprising a first lip and a second lip which extend from the annular armature towards the sliding surface, the first lip and the second lip and the surface of sliding defining an internal volume filled at least partially with a grease.
  • Such a sealing assembly is for example used in a bearing, and for example in an automobile wheel bearing.
  • This seal assembly makes it possible in particular to contain a lubricating fluid inside the bearing to ensure its operation with low friction.
  • EP 2687761 describes an example of such a seal assembly in which the lips have concavities and convexities between 1.0 and 3.0 ⁇ m Ra, and in which a low viscosity grease is used, said grease having a base oil with a kinematic viscosity at 40° C. of between 10 and 40 mm 2 /s.
  • the present invention relates to a seal assembly of this type, and improved in particular to reduce the friction torque while maintaining excellent sealing.
  • the seal assembly is characterized in that the first lip comprises smooth annular zone at the end of the first lip and on a face oriented towards the sliding surface, said smooth zone being adapted to ensure contact continuous with sliding surface over the entire circumference of the first lip around the axis of rotation, the first lip and the second lip each include a bumpy area on the face facing the sliding surface, and the grease is a grease with a bleeding rate greater than or equal to 5 percent.
  • the grease has a bleeding rate greater than or equal to 6 percent.
  • the grease comprises a base oil with a kinematic viscosity at a temperature of 40° C. of between 7 mm 2 /s and 20 mm 2 /s.
  • the bumpy area has an arithmetic roughness between 3.5 and 5 ⁇ m.
  • the first lip and/or the second lip has a flexibility suitable for exerting a pressure on the sliding surface of between 0.1 and 2 MPa, the sealing member being mounted on said sliding surface.
  • the annular smooth zone has a width of between 0.05 mm and 0.2 mm.
  • the bumpy zone is obtained by laser machining or by electro-erosion of a corresponding surface of a mold used to produce the sealing member.
  • the first lip extends axially from the annular armature towards the sliding surface
  • the second lip extends axially from the annular armature towards the sliding surface
  • the assembly further comprises an annular ring, secured to the other element, the sliding surface being formed on said annular ring.
  • the invention also relates to a rolling bearing comprising a seal assembly according to the preceding characteristics and rolling bodies arranged in a bearing space to allow the relative rotation of the rotary element with respect to the element fixed around the axis of rotation.
  • FIG. 1 is a cross section of a seal assembly according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross section of a seal assembly according to a second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a rolling bearing comprising a seal assembly according to Figure 1 or Figure 2;
  • FIG. 4a is a photograph showing a sealing lip of a seal assembly according to Figure 1 or Figure 2;
  • Figure 1 shows a first embodiment of a gasket assembly 10 which includes:
  • sealing member 13 comprising a rigid annular frame 14 and a seal 15 secured to the frame, said seal 15 being made of an elastic material and being in sliding contact with a sliding surface 16 .
  • the fixed element 11 can be an external element, i.e. the farthest from the axis of rotation X, i.e. situated around the rotary element 12 which is then an internal element.
  • a rotating element 12 which is a rotating shaft (FIG. 1).
  • the fixed element 11 can be an internal element, i.e. the closest to the axis of rotation X, i.e. located inside the rotating element which is then an external element.
  • the armature 14 is connected to the external fixed element 11, and that the sliding surface 16 is connected to the other element, i.e. the internal rotating element 12 , but of course the other use is also suitable for the seal assembly of the present disclosure.
  • Seal 15 includes:
  • the first lip 15b, the second lip 15c and the sliding surface 16 form a closed and sealed annular cavity, of volume V, into which a grease G can be introduced at the time of manufacture of the sealing assembly 10 or at the when it is mounted in a device.
  • the sliding surface 16 is formed on a ring 17 of the annular type and secured to the other element (the rotating element 12).
  • This ring is for example a metal part. It is located between the rotary element 12 and the seal 15.
  • the lip end 15b* of the seal 15 is in sliding type contact with a surface of this ring which rotates with the rotary element 12 .
  • the sliding surface 16 is an integral part of the rotary element 12, in particular of the external cylindrical surface 12a of the rotary element 12. This sliding surface 16 corresponds to an annular portion of the cylindrical surface 12a.
  • the sliding surface portion 16 is positioned in correspondence with the sealing member 13 (in the longitudinal position) so that the lip end 15b* of the seal 15 is in contact with the said sliding surface 16.
  • the seal 15 may include more than two sealing lips. In Figure 2, it comprises two, but the seal 15 may include two, three, four or more sealing lips.
  • the first lip 15b, the second lip 15c and the sliding surface 16 form a first closed and sealed annular cavity, of volume VI.
  • the second lip 15c, the third lip 15d and the sliding surface 16 form a second closed and sealed annular cavity, of volume V2.
  • Each of said annular cavities (V, V2) can contain said grease, introduced at the time of manufacture of the sealing assembly 10 or at the time of its assembly in a device.
  • the annular ring 17 is secured to the rotary element 12. It is located between the rotary element 12 and the seal 15. The lip end 15b* of the seal 15 is in sliding type contact with at least one surface of this ring 17 which rotates with the rotating element 12.
  • the annular ring 17 comprises:
  • a collar portion 17b which extends radially relative to the axis of rotation X from one end of said cylinder portion 17a.
  • the seal 15 then comprises a first lip 15b which extends axially from the annular armature 14 as far as the collar portion 17b, and a second lip 15c i extends axially from the annular armature 14 to the cylinder portion 17a.
  • the sliding surface 16 is therefore here an integral part of the annular ring 17, fixed to the rotary element 12. This sliding surface 16 corresponds for example to all or part of an outer surface of the annular ring 17 directed towards the frame 14.
  • the sliding surface 16 comprises for example:
  • the reference I_ corresponds to the internal side of the product which will be sealed by the seal assembly 10; this internal side possibly containing an oil or a grease which one seeks to preserve.
  • the reference E corresponds to the external side of the product; that is to say to the external environment which can also be aggressive by fluids and/or dust against which the seal assembly also offers protection.
  • the seal assembly 10 further includes the following features:
  • the first lip 15b comprises a smooth annular zone ZL at the end 15b* of the first lip 15b and on one face of the first lip 15b oriented towards the sliding surface, said smooth zone ZL being adapted to ensure continuous contact with said sliding surface 16 over the entire circumference of the first lip 15b around the axis of rotation X,
  • the first lip 15b and the second lip 15c each comprise a bumpy zone ZB on said face oriented towards the sliding surface
  • - grease G is a grease with a bleeding rate greater than or equal to 5 percent.
  • FIG. 1A is an enlarged view of the first lip 15b of FIG. 1 schematically representing the face of the first lip 15b oriented towards the sliding surface 16, and comprising, from the end 15b* of this first lip, the zone smooth ZL, then bumpy area ZB.
  • FIG. 4a shows a photograph of the enlarged end 15b* of the face of the first lip 15b oriented towards the sliding surface 16.
  • the very dark lower part of this photograph corresponds only to the void, the first lip 15b being in the upper part of this photograph with the reliefs with variations of gray.
  • Figure 4b shows the profile of the lip of Figure 4b. This profile corresponds to a view of the lip in section in a plane extending radially relative to the axis of rotation.
  • the smooth zone ZL is observed, which is a continuous band at the end 15b* of the first lip 15b and which extends over the entire circumference of the first lip 15b.
  • This smooth zone ZL can also be called “savings” in the technical field.
  • This smooth zone ZL therefore ensures continuous contact over the entire circumference of the first lip 15b.
  • the first lip 15b has a good sealing and the grease or any fluid enclosed in the annular cavity remains in this cavity in a static position or in dynamic operation (rotation of the rotary element 12).
  • the smooth ZL or spare zone has a smooth width LL of between 0.05 mm and 0.2 mm.
  • the smooth width is between 0.1 mm and 0.2 mm.
  • the second lip 15c or any other lip of the seal 13 may comprise such a smooth or spare zone.
  • the first lip 15b or any other lip may comprise several smooth zones of this type.
  • This bumpy zone ZB is a zone which comprises a multitude of bumps which have, for example, irregular shapes. These bumps are for example protuberances which extend towards the outside of the lip and they have a convex shape, i.e. a shape opposite to a hollow shape. These bumps can also be semi-spherical protuberances of variable diameter.
  • This bumpy zone ZB can also be called “graniting" in the technical field.
  • the bumpy zone ZB has for example an arithmetic roughness Ra of between 3.5 and 5 ⁇ m.
  • This bumpy zone ZB extends over the face facing the sliding surface, over a bumpy zone width which may depend on the size of the lip, and for example between 1 mm and 2 mm, or between 1 mm and 4 mm.
  • This bumpy zone width can in particular be adapted to cover any contact zone between the lip and the sliding surface 16 in its mounting position.
  • the bumpy zone ZB is for example obtained by laser machining or by electro-erosion of a corresponding surface of a mold suitable for producing/forming the sealing member 13.
  • the shape of this corresponding surface of the mold is a negative of the shape of the face of the lip facing the sliding surface.
  • the bumpy zone ZB is extra thick on the face of the lip intended to be oriented towards the sliding surface.
  • the corresponding surface of the mold corresponding to this bumpy zone ZB is a recessed or hollowed surface.
  • the smooth zone ZL is set back from the face of the lip intended to be oriented towards the sliding surface, i.e. set back from an external line placed on the bumpy zone in the section plane of the profile.
  • the lips of the seal 13 are curved in the mounting position as shown in Figures 1 and 2, which ensures contact between the ends of these lips (15b, 15c, 15d) and the sliding surface 16. Thanks at this curvature of the lips, the smooth zone ZL and the bumpy zone ZB are in contact with the sliding surface 16.
  • the bumpy zone ZB traps a quantity of grease in the interstices of the bumps or protrusions and the sliding surface 16. Thus, sliding is ensured with a lower frictional torque than for the sets of seals of the prior art.
  • This interference distance Di is zero for simple contact on the sliding surface, ie without curvature of the lip .
  • This interference distance Di increases the more one increases the crushing of the lip towards the sliding surface, ie the more the curvature of said lip is significant.
  • the first lip 15b and/or the second lip 15c has a flexibility adapted to exert a pressure on the sliding surface 16 of between 0.1 and 2 MPa, in the position of assembly on the product, that is to say for a nominal interference distance defined for mounting the seal assembly 10.
  • a grease is mainly composed of a base oil containing a thickening agent, and additives to reinforce the properties of the grease. Grease consistency depends on the type and concentration of thickening agent and operating temperature.
  • the bleeding of a grease is its tendency to separate from the base oil under predetermined conditions, and more particularly at rest.
  • a quantity of grease is placed in a container with a bottom grid in the form of a cone type 240 (grid of 61 ⁇ m), the mass of base oil is measured separated from the fat under the action of a higher load of 100 g, at a temperature of 40° C., and for a period of 42 hours or 168 hours.
  • the bleeding rate is then the ratio of the mass of base oil separated by the mass of grease initially placed in the container, this ratio therefore being able to be expressed as a percentage.
  • the grease G used in the seal assembly 10 according to the present disclosure is a high bleeding grease.
  • high bleeding is meant a much higher level of bleeding than the greases generally used between the lips of a seal assembly according to the prior art. In fact, it is usually sought to have a low bleeding value for such a grease in order to avoid any deterioration of the characteristics of the grease over time, during static and dynamic operation of the seal assembly.
  • the grease G is for example a grease with a bleeding rate greater than or equal to 5 percent, according to the IP 121/75 standard cited above.
  • this bleeding rate the grease G of the seal assembly 10 separates from a suitable quantity of base oil during its rotational dynamic operation, this oil being able to flow towards the dented zone ZB to reduce the frictional torque of the seal 15 on the sliding surface 16.
  • Tests make it possible, for example, to adapt the characteristics of the grease G, and for example its bleeding rate, to the characteristics (shapes) of the bumpy zone ZB, and also to the specifications of the product and of the seal assembly d tightness 10.
  • the grease G has for example a base oil with low kinematic viscosity. Indeed, the lower this kinematic viscosity, the higher the bleeding rate.
  • grease G includes a thickening agent also called "grease soap" with a high consistency. Indeed, the higher this consistency, the higher the bleeding rate.
  • the base oil of grease G used has a kinematic viscosity at a temperature of 40° C. of between 7 mm 2 /s and 20 mm 2 /s.
  • Figure 5 illustrates curves of friction torque C as a function of the interference distance Di for:
  • the friction torque of the second set of seals J2 is much lower than that of the first set of seals J1.
  • the friction torque of the second set of seals J2 increases less with the interference distance Di than for the first set of seals J1; which means that the second sealing assembly makes it possible to offer a lower friction torque and with greater robustness according to the variation of the interference distance Di.
  • the gasket assembly 10 according to the present invention is greatly improved over the art. prior.
  • This seal assembly provides a lower frictional torque while maintaining the same sealing performance.
  • Figure 3 shows a rolling bearing 1 comprising on at least one side a set of seals 10 as described above in order to seal an interior space of said rolling bearing.
  • the rolling bearing is for example a motor vehicle rolling bearing, and more particularly for example a motor vehicle wheel rolling bearing, as shown in Figure 5.
  • This rolling bearing 1 comprises in particular:
  • the fixed element 11 of the seal assembly 10 is either directly the fixed member 2, or fixed to said fixed member 2 of the rolling bearing 1.
  • the rotating element 12 of the seal assembly 10 is either directly the rotating member 3, or fixed to said rotating member 3 of the rolling bearing 1.
  • the rolling bodies 4 can be balls or rollers or any other known type.
  • the rolling bearing 1 has a lower friction torque than the prior art. A vehicle equipped with such devices will therefore consume less energy to move forward.

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Abstract

Ensemble de joint d'étanchéité (10) comprenant un élément fixe (11), un élément rotatif (12), et un organe d'étanchéité (13). Une première lèvre (15b) comprend une zone lisse annulaire en extrémité de la première lèvre. La première lèvre et une deuxième lèvre comprennent chacune une zone bosselée sur la face orientée vers la surface de glissement. L'ensemble comprend une graisse qui est une graisse avec un taux de ressuage supérieur ou égal à 5 pourcents.

Description

Ensemble de joint d'étanchéité, palier à roulement comprenant un tel ensemble
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative aux ensembles de joint d'étanchéité.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Plus particulièrement, l'invention concerne un ensemble de joint d'étanchéité comprenant : un élément fixe, un élément rotatif destiné à être mobile en rotation par rapport à l'élément fixe autour d'un axe de rotation (X), et un organe d'étanchéité comprenant une armature annulaire rigide montée solidaire sur un élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, et un joint d'étanchéité étant réalisé en un matériau élastique et étant en contact avec une surface de glissement de l'autre élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, le joint d'étanchéité comprenant une première lèvre et une deuxième lèvre qui s'étendent depuis l'armature annulaire vers la surface de glissement, la première lèvre et la deuxième lèvre et la surface de glissement définissant un volume interne rempli au moins partiellement d'une graisse.
On connaît des exemples d'ensembles de ce type.
Un tel ensemble d'étanchéité est par exemple utilisé dans un roulement, et par exemple dans un roulement de roue automobile. Cet ensemble de joint d'étanchéité permet notamment de contenir un fluide de lubrification à l'intérieur du roulement pour assurer son fonctionnement avec un faible frottement.
Malheureusement, cet ensemble d'étanchéité contribue à augmenter le frottement, c'est-à-dire le couple de frottement en rotation. Ce phénomène fait partie des pertes d'énergie mécanique lors de la rotation. Pour réduire ces pertes, on cherche des solutions à faible frottement mais qui permettent de conserver l'étanchéité.
Le document EP 2687 761 décrit un exemple d'un tel ensemble de joint d'étanchéité dans lequel les lèvres ont des concavités et convexités comprises entre 1,0 et 3,0 ym Ra, et dans lequel une graisse à faible viscosité est utilisée, ladite graisse ayant une huile de base de viscosité cinématique à 40°C comprise entre 10 et 40 mm2/s.
EXPOSE DE L' INVENTION
La présente invention se rapporte à un ensemble de joint d'étanchéité de ce type, et amélioré notamment pour réduire le couple de frottement tout en conservant une excellente étanchéité.
A cet effet, l'ensemble de joint d'étanchéité est caractérisée en ce que la première lèvre comprend zone lisse annulaire en extrémité de la première lèvre et sur une face orientée vers la surface de glissement, ladite zone lisse étant adaptée pour assurer un contact continu avec surface de glissement sur toute la circonférence de la première lèvre autour de l'axe de rotation, la première lèvre et la deuxième lèvre comprennent chacune une zone bosselée sur la face orientée vers la surface de glissement, et la graisse est une graisse avec un taux de ressuage supérieur ou égal à 5 pourcents.
Grâce à ces dispositions, on assure premièrement une très bonne étanchéité de l'ensemble de joint, et notamment une excellente étanchéité statique qui évite toute fuite de lubrifiant entre un intérieur et un extérieur d'un dispositif et une excellente étanchéité dynamique lors de la rotation de l'élément rotatif par rapport à l'élément fixe.
On assure deuxièmement un couple de frottement réduit par rapport aux solutions de l'art antérieur. La graisse à fort ressuage contenue dans le volume entre la première lèvre et la deuxième lèvre assure un glissement sans frottement desdites lèvres sur la surface de glissement. Notamment, la zone bosselée a un frottement extrêmement réduit sur la surface de glissement.
Cette combinaison de caractéristiques techniques permet la réduction du couple de frottement sans perte d'étanchéité de l'ensemble de joint d'étanchéité, ce qui est primordial pour ce type de dispositif d'ensemble de joint d'étanchéité. Dans divers modes de réalisation de l'ensemble de joint d'étanchéité, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
Selon un aspect, la graisse a un taux de ressuage supérieur ou égal à 6 pourcent. Selon un aspect, la graisse comprend une huile de base avec une viscosité cinématique à une température de 40°C comprise entre 7 mm2 /s et 20 mm2 /s.
Selon un aspect, la zone bosselée a une rugosité arithmétique comprise entre 3,5 et 5 ym. Selon un aspect, la première lèvre et/ou la deuxième lèvre a une flexibilité adaptée pour exercer une pression sur la surface de glissement comprise entre 0,1 et 2 MPa, l'organe d'étanchéité étant monté sur ladite surface de glissement. Selon un aspect, la zone lisse annulaire a une largeur comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm.
Selon un aspect, la zone bosselée est obtenue par usinage laser ou par électroérosion d'une surface correspondante d'un moule servant à la réalisation de l'organe d'étanchéité.
Selon un aspect, la première lèvre s'étend axialement depuis l'armature annulaire vers la surface de glissement, et la deuxième lèvre s'étend axialement depuis l'armature annulaire vers la surface de glissement.
Selon un aspect, l'ensemble comprend en outre une bague annulaire, solidaire de l'autre élément, la surface de glissement étant formée sur ladite bague annulaire.
L'invention se rapporte également à un palier à roulement comprenant un ensemble de joint d'étanchéité selon les caractéristiques précédentes et des corps de roulement disposés dans un espace de roulement pour permettre la rotation relative de l'élément rotatif par rapport à l'élément fixe autour de l'axe de rotation.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins :
- la figure 1 est une coupe transversale d'un ensemble de joint d'étanchéité selon un premier mode de réalisation de la présente divulgation ;
- la figure IA est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 ;
- la figure 2 est une coupe transversale d'un ensemble de joint d'étanchéité selon un deuxième mode de réalisation de la présente divulgation ;
- la figure 3 est un palier à roulement comprenant un ensemble de joint d'étanchéité selon la figure 1 ou la figure 2 ;
- la figure 4a est une photographie représentant un lèvre d'étanchéité d'un ensemble de joint d'étanchéité selon la figure 1 ou la figure 2 ;
- la figure 4b est le profil de la lèvre de la figure 4a ; et - la figure 5 est un graphique représentant le couple de frottement en fonction de la distance d'interférence d'un ensemble de joint d'étanchéité selon l'art antérieur et selon la présente divulgation.
Sur les différentes figures, les mêmes références numériques désignent des éléments identiques ou similaires.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un ensemble de joint d'étanchéité 10 qui comprend :
- un élément fixe 11,
- un élément rotatif 12 mobile en rotation par rapport à l'élément fixe autour d'un axe de rotation X, et
- un organe d'étanchéité 13 comprenant une armature 14 annulaire rigide et un joint d'étanchéité 15 solidaire de l'armature, ledit joint d'étanchéité 15 étant réalisé en un matériau élastique et étant en contact de glissement avec une surface de glissement 16.
Notamment, l'élément fixe 11 peut être un élément externe, i.e. le plus éloigné de l'axe de rotation X, i.e. situé autour de l'élément rotatif 12 qui est alors un élément interne. C'est le cas d'utilisation d'un élément rotatif 12 qui est un arbre tournant (figure 1).
Inversement, l'élément fixe 11 peut être un élément interne, i.e. le plus rapproché de l'axe de rotation X, i.e. situé à l'intérieur de l'élément rotatif qui est alors un élément externe.
Par souci de simplification de la présente description, il sera maintenant considéré que l'armature 14 est reliée à l'élément fixe 11 externe, et que la surface de glissement 16 est reliée à l'autre élément, i.e. l'élément rotatif 12 interne, mais bien sûr l'autre utilisation convient également à l'ensemble de joint d'étanchéité de la présente divulgation.
Le joint d'étanchéité 15 comprend :
- une portion de fixation 15a qui est fixée à au moins une surface de l'armature 14, par exemple par surmoulage sur ladite armature 14, et avantageusement avec un adhésif préalablement enduit sur ladite surface de 1'armature, et
- une première lèvre 15b qui s'étend par exemple axialement depuis l'armature 14 annulaire jusqu'à la surface de glissement 16 pour être en contact avec une première partie de surface de glissement 16 en une extrémité de lèvre 15b*, et
- une deuxième lèvre 15c qui s'étend par exemple radialement depuis l'armature 14 annulaire jusqu'à la surface de glissement 16 pour être en contact en une extrémité de lèvre 15c* avec une deuxième partie de la surface de glissement 16.
La première lèvre 15b, la deuxième lèvre 15c et la surface de glissement 16 forment une cavité annulaire fermée et étanche, de volume V, dans laquelle une graisse G peut être introduite au moment de la fabrication de l'ensemble d'étanchéité 10 ou au moment de son montage dans un dispositif.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, la surface de glissement 16 est formée sur une bague 17 de type annulaire et solidaire de l'autre élément (l'élément rotatif 12) . Cette bague est par exemple une pièce métallique. Elle est située entre l'élément rotatif 12 et le joint d'étanchéité 15. L'extrémité de lèvre 15b* du joint d'étanchéité 15 est en contact de type glissement avec une surface de cette bague qui tourne avec l'élément rotatif 12.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, la surface de glissement 16 fait partie intégrante de l'élément rotatif 12, notamment de la surface cylindrique 12a externe de l'élément rotatif 12. Cette surface de glissement 16 correspond à une portion annulaire de la surface cylindrique 12a. La portion surface de glissement 16 est positionnée en correspondance avec l'organe d'étanchéité 13 (en position longitudinale) pour que l'extrémité de lèvre 15b* du joint d'étanchéité 15 soit en contact avec ladite surface de glissement 16.
Comme représenté en figure 2 , le joint d'étanchéité 15 peut comprendre plus de deux lèvres d'étanchéité. En figure 2, celui-ci en comprend deux, mais le joint d'étanchéité 15 peut comprendre deux, trois, quatre ou plus de lèvres d'étanchéité. Ainsi, en figure 2, la première lèvre 15b, la deuxième lèvre 15c et la surface de glissement 16 forment une première cavité annulaire fermée et étanche, de volume VI. La deuxième lèvre 15c, la troisième lèvre 15d et la surface de glissement 16 forment une deuxième cavité annulaire fermée et étanche, de volume V2. Chacune desdites cavités annulaires (V, V2) peut contenir ladite graisse, introduite au moment de la fabrication de l'ensemble d'étanchéité 10 ou au moment de son montage dans un dispositif.
En revenant le premier mode de réalisation de la figure 1 , la bague annulaire 17 est solidaire de l'élément rotatif 12. Elle est située entre l'élément rotatif 12 et le joint d'étanchéité 15. L'extrémité de lèvre 15b* du joint d'étanchéité 15 est en contact de type glissement avec au moins une surface de cette bague 17 qui tourne avec l'élément rotatif 12.
Dans ce premier mode de réalisation, plus précisément, la bague annulaire 17 comprend :
- une portion de cylindre 17a montée solidaire de l'élément rotatif 12, par exemple par emmanchement serré sur la surface cylindrique 12a dudit élément rotatif 12, et
- une portion de collerette 17b qui s'étend radialement par rapport à l'axe de rotation X depuis une extrémité de ladite portion de cylindre 17a.
Le joint d'étanchéité 15 comprend alors une première lèvre 15b qui s'étend axialement depuis l'armature 14 annulaire jusqu'à la portion de collerette 17b, et une deuxième lèvre 15c i s'étend axialement depuis l'armature 14 annulaire jusqu'à la portion de cylindre 17a.
La surface de glissement 16 fait donc ici partie intégrante de la bague annulaire 17, fixée à l'élément rotatif 12. Cette surface de glissement 16 correspond par exemple à tout ou partie d'une surface externe de la bague annulaire 17 dirigée vers l'armature 14.
La surface de glissement 16 comprend par exemple :
- une première partie sur la portion de cylindre 17a de la bague annulaire 17, ladite première partie s'étendant selon une longueur cl dans la direction longitudinale de l'axe de rotation X et en correspondance (en face) de la deuxième lèvre 15c, et
- une deuxième partie sur la portion de collerette 17b de la bague annulaire 17, ladite deuxième partie s'étendant selon une longueur c2 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de l'axe de rotation X et en correspondance (en face) de la deuxième lèvre 15c.
Ainsi, les extrémités 15b*, 15c* de la première lèvre 15b et de la deuxième lèvre 15c sont en contact de glissement avec la surface de glissement 16.
Sur les figures 1 et 2, la référence I_ correspond au côté interne du produit qui sera étanché par l'ensemble de joint d'étanchéité 10 ; ce côté interne pouvant contenir une huile ou une graisse que l'on cherche à conserver. La référence E correspond au côté externe du produit ; c'est- à-dire à l'environnement externe qui peut aussi être agressif par des fluides et/ou poussières contre lesquels l'ensemble de joint d'étanchéité propose aussi une protection.
Selon la présente divulgation, l'ensemble de joint 10 comprend en outre les caractéristiques suivantes :
- la première lèvre 15b comprend une zone lisse ZL annulaire en extrémité 15b* de la première lèvre 15b et sur une face de la première lèvre 15b orientée vers la surface de glissement, ladite zone lisse ZL étant adaptée pour assurer un contact continu avec ladite surface de glissement 16 sur toute la circonférence de la première lèvre 15b autour de l'axe de rotation X,
- la première lèvre 15b et la deuxième lèvre 15c comprennent chacune une zone bosselée ZB sur ladite face orientée vers la surface de glissement, et
- la graisse G est une graisse avec un taux de ressuage supérieur ou égal à 5 pourcents.
La figure IA est une vue agrandie de la première lèvre 15b de la figure 1 représentant de manière schématique la face de la première lèvre 15b orientée vers la surface de glissement 16, et comprenant depuis l'extrémité 15b* de cette première lèvre, la zone lisse ZL, puis la zone bosselée ZB.
La figure 4a montre une photographie de l'extrémité 15b* agrandie de la face de la première lèvre 15b orientée vers la surface de glissement 16. La partie inférieure très sombre de cette photographie ne correspond qu'au vide, la première lèvre 15b étant dans la partie supérieure de cette photographie avec les reliefs avec des variations de gris.
La figure 4b montre le profil de la lèvre de la figure 4b. Ce profil correspond à une vue de la lèvre en section dans un plan s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation.
On observe sur la photographie de la figure 4a, la zone lisse ZL qui est une bande continue en extrémité 15b* de la première lèvre 15b et qui s'étend sur toute la circonférence de la première lèvre 15b. Cette zone lisse ZL peut être appelé aussi « épargne » dans le domaine technique. Cette zone lisse ZL assure donc un contact continu sur toute la circonférence de la première lèvre 15b. Ainsi, la première lèvre 15b a une bonne étanchéité et la graisse ou tout fluide enfermé dans la cavité annulaire reste dans cette cavité en position statique ou en fonctionnement dynamique (rotation de l'élément rotatif 12). la zone lisse ZL ou épargne a une largeur lisse LL comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm. Par exemple, la largeur lisse est comprise entre 0,1 mm et 0,2 mm.
Eventuellement, la deuxième lèvre 15c ou toute autre lèvre du joint d'étanchéité 13 peut comprendre une telle zone lisse ou épargne.
Eventuellement, la première lèvre 15b ou toute autre lèvre peut comprendre plusieurs zones lisses de ce type.
On observe aussi sur cette photographie, la zone bosselée ZB de la face orientée vers la surface de glissement. Cette zone bosselée ZB est une zone qui comprend une multitude de bosses qui ont par exemple des formes irrégulières. Ces bosses sont par exemple des protubérances qui s'étendent vers l'extérieur de la lèvre et elles ont une forme convexe, i.e. une forme opposée d'une forme en creux. Ces bosses peuvent aussi être des protubérances semi-sphériques de diamètre variable. Cette zone bosselée ZB peut être appelé aussi « granitage » dans le domaine technique. La zone bosselée ZB a par exemple une rugosité arithmétique Ra comprise entre 3,5 et 5 ym.
Cette zone bosselée ZB s'étend sur la face orientée vers la surface de glissement, sur une largeur de zone bosselée qui peut dépendre de la taille de la lèvre, et par exemple comprise entre 1 mm et 2 mm, ou entre 1 mm et 4 mm.
Cette largeur de zone bosselée peut notamment être adaptée pour couvrir toute zone de contact entre la lèvre et la surface de glissement 16 dans sa position de montage.
La zone bosselée ZB est par exemple obtenue par usinage laser ou par électroérosion d'une surface correspondante d'un moule adapté pour réaliser / former l'organe d'étanchéité 13. La forme de cette surface correspondante du moule est un négatif de la forme de la face de la lèvre orientée vers la surface de glissement.
Ainsi, la zone bosselée ZB est en surépaisseur sur la face de la lèvre destinée à être orientée vers la surface de glissement. Autrement dit, la surface correspondante du moule correspondant à cette zone bosselée ZB est une surface en creux ou creusée. Réciproquement, la zone lisse ZL est en retrait par rapport à la face de la lèvre destinée à être orientée vers la surface de glissement, i.e. en retrait par rapport à une ligne externe posée sur la zone bosselée dans le plan de section du profil.
D'autres procédés de réalisation de la surface correspondante du moule sont envisageables : impression 3D du moule ou d'une portion du moule, ajout d'un insert dans le moule, etc...
Les lèvres du joint d'étanchéité 13 sont courbées dans la position de montage comme représenté sur les figures 1 et 2, ce qui assure un contact entre les extrémités de ces lèvres (15b, 15c, 15d) et la surface de glissement 16. Grâce à cette courbure des lèvres, la zone lisse ZL et la zone bosselée ZB sont en contact avec la surface de glissement 16. La zone bosselée ZB emprisonne une quantité de graisse dans les interstices des bosses ou protubérances et la surface de glissement 16. Ainsi, on assure un glissement avec un plus faible couple de frottement que pour les ensembles de joints d'étanchéité de l'art antérieur.
En outre, la courbure d'une lèvre d'étanchéité sur une surface de glissement correspond à une distance d'interférence Di : Cette distance d'interférence Di est nulle pour un simple contact sur la surface de glissement, i.e. sans courbure de la lèvre. Cette distance d'interférence Di augmente plus on augmente l'écrasement de la lèvre vers la surface de glissement, i.e. plus la courbure de ladite lèvre est importante.
La première lèvre 15b et/ou la deuxième lèvre 15c a une flexibilité adaptée pour exercer une pression sur la surface de glissement 16 comprise entre 0,1 et 2 MPa, dans la position de montage sur le produit, c'est-à-dire pour une distance d'interférence nominale définie pour le montage de l'ensemble de joint d'étanchéité 10.
Une graisse est principalement composée d'une huile de base contenant un agent épaississant, et d'additifs pour renforcer des propriétés de la graisse. La consistance de la graisse dépend du type et de la concentration de l'agent épaississant et de la température de fonctionnement.
Le ressuage d'une graisse est sa tendance à la séparation de l'huile de base dans des conditions prédéterminées, et plus particulièrement au repos. Par exemple, dans la méthode de la norme IP 121/75, on place une quantité de graisse dans un récipient avec une grille inférieure en forme de cône de type 240 (grille de 61 ym), on mesure la masse d'huile de base séparée de la graisse sous l'action d'une charge supérieure de 100 g, à une température de 40°C, et pendant une durée de 42 heures ou 168 heures.
Le taux de ressuage est alors le rapport de la masse d'huile de base séparée par la masse de graisse placée initialement dans le récipient, ce rapport pouvant donc être exprimé en pourcentage.
D'autres normes de mesure du ressuage existent avec des procédures différentes. Par exemple, dans la méthode de la norme ASTM D 1742, on place une quantité de graisse dans un récipient avec une grille inférieure ou tamis à 75 ym, on mesure la masse d'huile de base séparée de la graisse sous l'action d'une pression d'air supérieure de 1,72 kPa, à une température de 25 °C, et pendant une durée de 24 heures. L'homme du métier pourra effectuer des équivalences entre ces normes sur la base d'expériences. La graisse G utilisée dans l'ensemble de joint d'étanchéité 10 selon la présente divulgation est une graisse à fort ressuage. Par « fort ressuage », on entend un niveau de ressuage bien plus élevé que les graisses généralement utilisées entre des lèvres d'un ensemble de joint d'étanchéité selon l'art antérieur. En effet, usuellement on cherche à avoir une faible valeur de ressuage pour une telle graisse pour éviter toute détérioration des caractéristiques de la graisse dans le temps, lors du fonctionnement statique et dynamique de l'ensemble de joint d'étanchéité.
Plus particulièrement, la graisse G est par exemple une graisse avec un taux de ressuage supérieur ou égal à 5 pourcents, selon la norme IP 121/75 citée ci-dessus. Grâce à ce taux de ressuage, la graisse G de l'ensemble de joint d'étanchéité 10 se sépare d'une quantité d'huile de base adaptée pendant son fonctionnement dynamique de rotation, cette huile pouvant s'écouler vers la zone bosselée ZB pour diminuer le couple de frottement du joint d'étanchéité 15 sur la surface de glissement 16.
Des essais permettent par exemple d'adapter les caractéristiques de la graisse G, et par exemple son taux de ressuage, aux caractéristiques (formes) de la zone bosselée ZB, et aussi aux cahiers des charges du produit et de l'ensemble de joint d'étanchéité 10.
Dans certains cas, il est par exemple souhaitable d'avoir une graisse G avec un taux de ressuage supérieur ou égal à 6 pourcents, ou même 8 pourcents. Le couple de frottement du joint d'étanchéité 15 sur la surface de glissement 16 est alors réduit.
Pour obtenir un tel taux de ressuage élevé, ce qui n'est pas habituel dans les applications d'ensemble de joint d'étanchéité dynamique, notamment pour roulement, la graisse G a par exemple une huile de base avec viscosité cinématique basse. En effet, plus cette viscosité cinématique est basse, plus le taux de ressuage est élevé. En outre, la graisse G comprend un agent épaississant dit aussi « savon de la graisse » avec une consistance élevée. En effet, plus cette consistance est élevée, plus le taux de ressuage est élevé.
Par exemple, l'huile de base de la graisse G utilisée a une viscosité cinématique à une température de 40°C comprise entre 7 mm2 /s et 20 mm2 /s.
Ce choix de la graisse G à fort taux de ressuage est contraire au choix usuel du domaine mécanique. Ce choix permet d'être plus adapté à la faible pression de contact des lèvres 15b, 15c du présent ensemble de joint d'étanchéité 10. Cela permet de réduire le couple de frottement.
La figure 5 illustre des courbes de couple de frottement C en fonction de la distance d'interférence Di pour :
- un premier ensemble de joint d'étanchéité J1 selon l'art antérieur, c'est-à-dire sans zone lisse ZL, sans zone bosselée ZB et sans graisse G à fort ressuage ; et
- un deuxième ensemble de joint d'étanchéité J2 selon la présente divulgation ; c'est-à-dire avec les caractéristiques techniques citées ci-dessus.
Le couple de frottement du deuxième ensemble de joint d'étanchéité J2 est très inférieur à celui du premier ensemble de joint d'étanchéité J1.
Le couple de frottement du deuxième ensemble de joint d'étanchéité J2 augmente moins avec la distance d'interférence Di que pour le premier ensemble de joint d'étanchéité J1 ; ce qui signifie que le deuxième ensemble d'étanchéité permet d'offrir un couple de frottement plus faible et avec plus de robustesse selon la variation de la distance d'interférence Di.
Ainsi, l'ensemble de joint d'étanchéité 10 selon la présente invention est très amélioré par rapport à l'art antérieur. Cet ensemble de joint d'étanchéité permet d'obtenir un plus faible couple de frottement tout en conservant une performance d'étanchéité identique.
La figure 3 montre un palier à roulement 1 comprenant sur au moins un côté un ensemble de joint d'étanchéité 10 tel que décrit ci-dessus afin d'assurer l'étanchéité d'un espace intérieur dudit palier à roulement. Le palier à roulement est par exemple un palier à roulement de véhicule automobile, et plus particulièrement par exemple un palier à roulement de roue de véhicule automobile, comme cela est représenté sur la figure 5.
Ce palier à roulement 1 comprend notamment:
- un organe fixe 2,
- un organe rotatif 3 entrainé en rotation par un arbre 5 et sur lequel est par exemple fixée une roue de véhicule, et
- des corps roulants 4 disposés dans l'espace de roulement 4e formé entre l'organe fixe 2 et l'organe rotatif 3 pour permettre la rotation relative l'organe rotatif 3 par rapport à l'organe fixe 2 autour de l'axe de rotation X, tout en reprenant des efforts importants entre l'organe fixe et l'organe rotatif.
L'élément fixe 11 de l'ensemble de joint d'étanchéité 10 est soit directement l'organe fixe 2, soit fixé sur ledit organe fixe 2 du palier à roulement 1.
L'élément rotatif 12 de l'ensemble de joint d'étanchéité 10 est soit directement l'organe rotatif 3, soit fixé sur ledit organe rotatif 3 du palier à roulement 1.
Les corps roulants 4 peuvent être des billes ou rouleaux ou de tout autre type connus.
Grâce à l'ensemble de joint d'étanchéité 10 selon la présente divulgation, le palier à roulement 1 a un couple de frottement plus faible que l'art antérieur. Un véhicule équipé des tels dispositifs consommera donc moins d'énergie pour avancer.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble de joint d'étanchéité (10) comprenant : un élément fixe (11), un élément rotatif (12) destiné à être mobile en rotation par rapport à l'élément fixe autour d'un axe de rotation (X), et un organe d'étanchéité (13) comprenant une armature annulaire (14) rigide montée solidaire sur un élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, et un joint d'étanchéité (15) étant réalisé en un matériau élastique et étant en contact avec une surface de glissement (16) de l'autre élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, le joint d'étanchéité (15) comprenant une première lèvre (15b) et une deuxième lèvre (15c) qui s'étendent depuis l'armature annulaire (14) vers la surface de glissement (16), la première lèvre et la deuxième lèvre et la surface de glissement définissant un volume interne rempli au moins partiellement d'une graisse, l'ensemble de joint d'étanchéité (10) étant caractérisé en ce que la première lèvre comprend une zone lisse (ZL) annulaire en extrémité de la première lèvre et sur une face orientée vers la surface orientée vers la surface de glissement, ladite zone lisse étant adaptée pour assurer un contact continu avec surface de glissement sur toute la circonférence de la première lèvre autour de l'axe de rotation (X), la première lèvre et la deuxième lèvre comprennent chacune une zone bosselée (ZB) sur la face orientée vers la surface de glissement, et la graisse (G) est une graisse avec un taux de ressuage supérieur ou égal à 5 pourcents.
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la graisse a un taux de ressuage supérieur ou égal à 6 pourcent.
3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la graisse comprend une huile de base avec une viscosité cinématique à une température de 40°C comprise entre 7 mm2 /s et 20 mm2 /s.
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la zone bosselée (ZB) a une rugosité arithmétique (Ra) comprise entre 3,5 et 5 ym.
5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première lèvre et/ou la deuxième lèvre a une flexibilité adaptée pour exercer une pression sur la surface de glissement comprise entre 0,1 et 2 MPa, l'organe d'étanchéité étant monté sur ladite surface de glissement.
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la zone lisse (ZL) annulaire a une largeur comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm.
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la zone bosselée (ZB) est obtenue par usinage laser ou par électroérosion d'une surface correspondante d'un moule servant à la réalisation de l'organe d'étanchéité (13).
8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la première lèvre (15b) s'étend axialement depuis l'armature annulaire (14) vers la surface de glissement (16), et la deuxième lèvre (15c) s'étend axialement depuis l'armature annulaire (14) vers la surface de glissement (16).
9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une bague annulaire (17), solidaire de l'autre élément, la surface de glissement (16) étant formée sur ladite bague annulaire (17).
10. Palier à roulement (1) comprenant un ensemble de joint d'étanchéité (10) selon l'une des revendications 1 à 9, et des corps roulants (4) disposés dans un espace de roulement pour permettre la rotation relative de l'élément rotatif par rapport à l'élément fixe autour de l'axe de rotation.
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