FR2644858A1

FR2644858A1 - Seal for a rolling-contact bearing

Info

Publication number: FR2644858A1
Application number: FR8903702A
Authority: FR
Inventors: Fabrice Caron
Original assignee: SKF France SAS
Current assignee: SKF France SAS
Priority date: 1989-03-21
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1990-09-28
Anticipated expiration: 2009-03-21
Also published as: FR2644858B1

Abstract

Seal for a rolling-contact bearing including a metal reinforcement 4 secured to an elastomer part 7 provided with sealing lips 11, characterised in that it includes a fixed part 4, 8, secured to one of the races of the rolling-contact bearing 1, and a rigid part 10 which can move axially and from which there starts at least one sealing lip 11 rubbing on the other race of the rolling-contact bearing 2, the said axially movable part having a sufficiently large radial surface area and sufficiently high rigidity for the action of variations in pressure from one side or the other of the said surface to give rise to the overall axial displacement of the said movable rigid part with respect to the fixed part, the said fixed part and the said axially movable rigid part being joined together by a flexible joining zone 9 allowing a certain degree of overall relative axial displacement of the movable part with respect to the fixed part, whilst having a low radial surface area.

Description

Joint d'étanchéité pour roulement
La présente invention concerne les joints d'étanchéité pour roulements destinés -a subir aurant leur fonctionnement des variations importantes de température.Bearing seal
The present invention relates to seals for bearings intended to undergo significant variations in temperature during their operation.

Un joint d'étanchéité pour roulement se compose généralement
- d'une armature métallique rigide, constituant l'ame résistante du joint et conférant à ce dernier une certaine rigidité, et
- d'une partie en caoutchouc surmoulée sur l'armature .métallique, ladite partie en caoutchouc comportant au moins une lèvre d'étanchéité venant frotter sur une portée de l'une des bagues du roulement animée d'un mouvement de rotation relatif Far rapport au joint.A bearing seal generally consists of
- a rigid metal frame, constituting the resistant core of the joint and giving it a certain rigidity, and
- a rubber part overmolded on the metal frame, said rubber part comprising at least one sealing lip rubbing against a bearing surface of one of the bearing rings driven by a relative rotational movement Far ratio at the joint.

L'ancrage du joint sur l'autre bague du roulement est réalisé par divers moyens tels que
- emmanchement ou sertissage de l'armature de la partie périphérique externe du joint sur la bague de roulement fixe par rapport au joint, ou
- emmanchement ou encliquetage dune partie périphérique externe en caoutchouc du joint sur la bague de roulement fixe par rapport au joint.The anchoring of the seal on the other ring of the bearing is achieved by various means such as
- fitting or crimping of the reinforcement of the external peripheral part of the seal on the bearing race fixed relative to the seal, or
- fitting or snap-fastening of an external peripheral rubber part of the seal on the bearing ring fixed relative to the seal.

Lorsque l'on souhaite réaliser un roulement doté d'une étanchéité efficace, évitant aussi bien la sortie de la graisse du roulement que 1' entrée d'impuretés venant du milieu extérieur, on utilise généralement des jointes à double lèvre qui représentent un bon compromis entre l'étanchéité et le couple de frottement. La lèvre interne est dirigée vers l'intérieur du roulement et s'oppose ainsi à la sortie de la graisse, tandis que la lèvre externe est dirigée vers ltextérieur du roulement et s'oppose à l'entrée de particules extérieures dans le roulement. Entre ces deux lèvres est aménagé un espace libre pouvant être garni de graisse afin de renforcer l'étanchéité et d'améliorer la lubrification des lèvres d'étanchéité. When it is desired to produce a bearing provided with an effective seal, preventing both the exit of the grease from the bearing and the entry of impurities coming from the external environment, double lip seals are generally used which represent a good compromise between the seal and the friction torque. The internal lip is directed towards the inside of the bearing and thus opposes the exit of the grease, while the external lip is directed towards the inside of the bearing and opposes the entry of external particles into the bearing. Between these two lips there is a free space which can be filled with grease in order to strengthen the seal and improve the lubrication of the seal lips.

On peut bien sûr envisager l'étanchéité avec une lèvre simple. Si une telle réalisation est plus favorable que celle à plusieurs lèvres sur le plan du couple de frottement, elle est en revanche un peu moins efficace en ce qui concerne l'étanchéité. We can of course consider sealing with a simple lip. If such an embodiment is more favorable than that with several lips in terms of the friction torque, it is however a little less effective as regards sealing.

En fonctionnement, en raison des frottements internes du roulement fonctionnant sous charge mais aussi parfois en raison de l'apport de chaleur par une source extérieure par l'intermédiaire des pièces en contact avec le roulement, il se produit une élévation de température à l'intérieur du roulement. Cette élévation de température ayant lieu dans une enceinte étanche et dans un volume constant, il en résulte une élévation de pression à l'intérieur du roulement qui peut être importante. In operation, due to the internal friction of the bearing operating under load but also sometimes due to the supply of heat by an external source through the parts in contact with the bearing, a temperature rise occurs at the inside of the bearing. This temperature rise taking place in a sealed enclosure and in a constant volume, this results in a pressure rise inside the bearing which can be significant.

Cette élévation de pression comporte des effets nuisibles en ce qui concerne le fonctionnement des joints d'étanchéité. Selon le type de joint on peut avoir par exemple
- dans le cas d'une étanchéité à double lèvre, un écrasement de la lèvre interne du joint, d'où résulte une augmentation du couple de rotation et une usure accélérée de la lèvre interne du joint
- dans le cas d'une étanchéité à une seule lèvre, un phénomène identique au précédent si la lèvre est initialement dirigée vers l'intérieur du roulement, ou bien un décollement de la lèvre de sa portée et des fuites de graisse si la lèvre est dirigée initialement dans le plan du joint ou vers l'extérieur.This pressure increase has detrimental effects with regard to the operation of the seals. Depending on the type of joint, for example,
- in the case of a double lip seal, crushing of the internal lip of the seal, resulting in an increase in the torque and accelerated wear of the internal lip of the seal
- in the case of a seal with a single lip, a phenomenon identical to the previous one if the lip is initially directed towards the inside of the bearing, or else a detachment of the lip from its range and grease leaks if the lip is directed initially in the plane of the joint or outward.

On a essayé d trouver des ispositifs susceptibles d'éviter ou de limiter cette augmentation de pression interne dans un roulement. We have tried to find devices capable of avoiding or limiting this increase in internal pressure in a bearing.

Le brevet FR 1 532 823 montre par exemple des joints munis d'évents par lesquels s'évacue l'excédant de pression. Ce système reste toutefois assez onéreux à fabriquer et présente le risque de perte de graisse par les évents. Patent FR 1,532,823 shows for example seals provided with vents through which the excess pressure is evacuated. However, this system remains quite expensive to manufacture and presents the risk of loss of fat through the vents.

Le brevet FR 1 591 175 montre un système d'étanchéité pouvant non pas s'opposer à la variation de pression intérieure, mais limitant dans une certaine mesure les effets de cette variation de pression sur la pression d'application de la lèvre d'étanchéité sur la portée, mais un tel dispositif est de conception très complexe, donc onéreux, et son encombrement axial interdit son utilisation dans un roulement. Patent FR 1 591 175 shows a sealing system which can not oppose the variation of internal pressure, but limits to a certain extent the effects of this variation of pressure on the pressure of application of the sealing lip. on the range, but such a device is of very complex design, therefore expensive, and its axial size prevents its use in a bearing.

En matière de joints, on connaît également, d'après le brevet francais 1 240 104, des joints présentant une zone d'ancrage, un talon muni de lèvres d'étanchéité et une zone souple reliant la zone d'ancrage et le talon. Toutefois ce dispositif n'est pas conçu pour réagir à des variations de pression puisque son talon ne constitue pas une zone notable de prise de pression et que le boudin cylindrique qui le garnit n'est doté d'aucune rigidité, ni en flexion, ni en torsion, de sorte que ce dispositif ne conviendrait en aucune façon pour un roulement à variation de pression interne. In terms of seals, there are also known, from French patent 1,240,104, seals having an anchoring zone, a heel provided with sealing lips and a flexible zone connecting the anchoring zone and the heel. However, this device is not designed to react to pressure variations since its heel does not constitute a significant pressure take-off zone and the cylindrical rod which garnishes it is not provided with any rigidity, either in flexion or in torsion, so that this device would in no way be suitable for a bearing with internal pressure variation.

Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents, c'est-à-dire de réaliser des joints d'étanchéité pour roulement offrant un faible encombrement, faciles à fabriquer, pouvant fonctionner avec des variations importantes de température interne du roulement sans usure prématurée, sans fuite de graisse et pratiquement sans variations du couple de frottement. The object of the invention is to eliminate the above drawbacks, that is to say to make seals for bearings offering a small footprint, easy to manufacture, capable of operating with significant variations in internal temperature of the bearing. without premature wear, without grease leakage and practically without variations in the friction torque.

Le joint selon l'invention se compose essentiellement
a) d'une armature métallique à section en LI l'aile axiale servant à l'emmanchement du joint sur l'une des bagues du roulement et l'aile radiale de dimension relativement réduite servant à l'accrochafe de la partie en caoutchouc du joint, et
b) d'une partie en caoutchouc composée successivement d'une zone d'ancrage sur l'armature, d'une zone souple de liaison, d'une zone rigide massive de prise de pression, et enfin d'au moins une lèvre d'étanchéité issue de la zone rigide massive.The seal according to the invention essentially consists
a) a metal frame with a LI section, the axial wing used to fit the seal on one of the bearing rings and the relatively small radial wing used to attach the rubber part of the attached, and
b) a rubber part successively composed of an anchoring zone on the reinforcement, a flexible connection zone, a solid rigid pressure take-off zone, and finally at least one lip d sealing from the massive rigid area.

La zone rigide massive de prise de pression se présente sous la forme générale d'une couronne circulaire dont les faces sont sensiblement orthogonales. The massive rigid pressure take-off zone is in the general form of a circular crown, the faces of which are substantially orthogonal.

à l'axe de rotation du roulement. Eventuellement cette zone massive de prise de pression peut être alvéolée.to the axis of rotation of the bearing. Optionally, this massive pressure take-off zone can be blistered.

Pour assurer sa fonction, cette zone rigide massive de prise de pression doit avoir une étendue suffisante, mais surtout une rigidité suffisante afin que les variations de pression qui s'exercent sur elle ne provoquent pas de déformation susceptible d'avoir une influence quelconque sur l'étanchéité au niveau des lèvres, mais seulement un déplacement d'ensemble de la zone massive dans le sens axial. Si nécessaire, cette zone massive de prise de pression peut comporter une armature métallique noyée dans le caoutchouc pour permettre d'obtenir la rigidité voulue pour une épaisseur moindre. To ensure its function, this massive rigid pressure take-off zone must have a sufficient extent, but above all a sufficient rigidity so that the pressure variations which are exerted on it do not cause deformation capable of having any influence on the sealing at the level of the lips, but only an overall displacement of the massive zone in the axial direction. If necessary, this massive pressure take-off zone may include a metal frame embedded in the rubber to allow the desired rigidity to be obtained for a reduced thickness.

La zone souple unissant la zone d'ancrage et la zone de prise de pression est agencée de son côté pour tolérer les déplacements d'ensemble de la zone massive rigide dans le sens axial sans introduire d'efforts notables, ni dans le sens axial ni dans le sens radial. The flexible zone uniting the anchoring zone and the pressure take-off zone is arranged on its side to tolerate the overall displacement of the rigid solid zone in the axial direction without introducing significant efforts, neither in the axial direction nor in the radial direction.

D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre de aivers modes de réalisation pris comme exemples et représentés sur le dessins annexé, sur lequel
la figure 7 représente un premier mode de réalisation avec zone souple en soufflet,
la figure 2 est une vue partielle agrandie de la figure 1,
la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2 dans le cas d'une variante avec zone massive armaturée,
les figures 4, 5 et 6 sont des vues correspondant respectivement aux figures 1, 2 et 3 dans le cas d'un second mode de réalisation avec zone souple à double articulation,
les figures 7 et 8 illustrent le fonctionnement respectivement du premier mode et du second mode de réalisation, et
la figure 9 représente une variante de réalisation de la figure 3 avec une seule lèvre.Other features of the invention will appear in the following description of various embodiments taken as examples and shown in the accompanying drawings, in which
FIG. 7 represents a first embodiment with a flexible bellows area,
FIG. 2 is a partial enlarged view of FIG. 1,
FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2 in the case of a variant with an armored massive zone,
FIGS. 4, 5 and 6 are views corresponding respectively to FIGS. 1, 2 and 3 in the case of a second embodiment with a flexible zone with double articulation,
FIGS. 7 and 8 illustrate the operation of the first mode and the second embodiment respectively, and
Figure 9 shows an alternative embodiment of Figure 3 with a single lip.

On voit sur les figures le roulement avec sa bague extérieure 1 et sa bague intérieure 2, formées dans l'exemple par deux demi-bagues 2, avec de chaque côté un joint d'étanchéité 3 interposé entre la bague extérieure et la bague intérieure. The figures show the bearing with its outer ring 1 and its inner ring 2, formed in the example by two half-rings 2, with on each side a seal 3 interposed between the outer ring and the inner ring.

Chaque joint 3 dans son ensemble se compose d'une armature métallique 4 à section en L avec une aile axiale 5 servant à l'emmanchement du joint sur une des bagues de roulement, ici la bague 1, et une aile radiale 6 de dimensions relativement réduites, servant à l'accrochage de la partie en caoutchouc 7 du joint. Each joint 3 as a whole consists of a metal frame 4 with an L-shaped section with an axial wing 5 serving to fit the joint onto one of the bearing rings, here the ring 1, and a radial wing 6 of relatively large dimensions. reduced, used to hook the rubber part 7 of the seal.

Cette partie en caoutchouc 7 est composée successivement d'une zone d'ancrage 8 sur l'armature 4, d'une zone souple de liaison 9, d'une zone massive rigide 10 de prise de pression, et enfin d'au moins une lèvre d'étanchéité 11 issue de cette zone rigide massive 10. Dans les exemples des figures 1 à 8 il est prévu deux lèvres 11, une orientée vers l'intérieur et l'autre vers l'extérieur du roulement, ces lèvres portant naturellement dans les exemples sur la surface cylindrique extérieure 12 de la bague intérieure 2, ou de chaque demi-bague. This rubber part 7 is successively composed of an anchoring zone 8 on the frame 4, of a flexible connection zone 9, of a rigid rigid zone 10 of pressure tap, and finally of at least one sealing lip 11 from this massive rigid zone 10. In the examples of FIGS. 1 to 8, two lips 11 are provided, one oriented inward and the other outward of the bearing, these lips naturally bearing in the examples on the outer cylindrical surface 12 of the inner ring 2, or of each half-ring.

Le joint selon l'invention possède ainsi une partie fixe constituée par l'armature 4 et la zone d'ancrage 8, une partie mobile axialement dans son ensemble et constituée par la zone massive de prise de pression 10 et la ou les lèvres 11, ces deux parties pouvant avoir un certain degré de liberté axiale l'une par rapport à l'autre grace à la zone souple de liaison 9 qui les réunit comme illustré sur la figure 7. The seal according to the invention thus has a fixed part constituted by the frame 4 and the anchoring zone 8, a part movable axially as a whole and constituted by the massive pressure take-off zone 10 and the lip (s) 11, these two parts being able to have a certain degree of axial freedom with respect to one another thanks to the flexible connection zone 9 which joins them together as illustrated in FIG. 7.

Grâce à cette disposition, lors de l'élévation de température et de pression à l'intérieur du roulement, la pression exerce sur la zone rigide de prise 'de pression 10 un effort axial qui provoque un déplacement axial d'ensemble de la partie mobile du joint, donc une augmentation du volume interne et une diminution de la pression. Waturellemlent lorsque la température et la pression diminuent à l'intérieur du roulement il se produit le phénomène inverse. Thanks to this arrangement, when the temperature and pressure inside the bearing rise, the pressure exerts on the rigid pressure-taking zone 10 an axial force which causes an axial displacement of the entire movable part. of the seal, therefore an increase in internal volume and a decrease in pressure. Waturellemlent when the temperature and the pressure decrease inside the bearing the reverse phenomenon occurs.

Comme exposé précédemment, l'étendue en surface dans le sens radial de la partie mobile axialement, y compris les lèvres d'étanchéité, doit être suffisamment importante par rapport aux surfaces radiales de la partie fixe 6, 8 et de la partie souple 9 de manière que le dispositif ait une bonne sensibilité aux variations de pression, alors qu'au contraire la surface mesurée dans le sens radial de la zone souple de liaison 9 doit être aussi faible que possible afin que l'action des variations de pression sur cette zone souple perturbe le moins possible le déplacement axial correct de la partie mobile axialement. As explained above, the surface extent in the radial direction of the axially movable part, including the sealing lips, must be sufficiently large with respect to the radial surfaces of the fixed part 6, 8 and of the flexible part 9 of so that the device has a good sensitivity to pressure variations, while on the contrary the surface measured in the radial direction of the flexible connection zone 9 must be as small as possible so that the action of pressure variations on this zone flexible disturbs the correct axial movement of the axially movable part as little as possible.

Dans les variantes des figures 3, 6 et 9, la zone rigide de prise de pression 10a comporte une armature rigide intérieure métallique 13 noyée dans le caoutchouc, ce qui permet d'assurer la rigidité voulue, notamment en flexion et en torsion, avec une épaisseur moindre. In the variants of FIGS. 3, 6 and 9, the rigid pressure take-off zone 10a comprises a rigid metallic internal frame 13 embedded in the rubber, which makes it possible to ensure the desired rigidity, in particular in bending and in torsion, with less thickness.

Dans le mode de réalisation des figures 1, 2, 3, 7 et 9, la zone souple de liaison 9 a une configuration en soufflet à paroi mince à double convolution en S ou en Z pour combiner une grande souplesse dans le sens axial avec une étendue minimale dans le sens radial pour la raison exposée ci-dessus. In the embodiment of FIGS. 1, 2, 3, 7 and 9, the flexible connecting zone 9 has a configuration with a thin wall bellows with double convolution in S or Z to combine great flexibility in the axial direction with a minimum extent in the radial direction for the reason explained above.

En variante, dans le mode de réalisation des figures 4, 5, 6 et 8, la zone souple de liaison 9a est constituée par une zone annulaire intérmédiaire 14 réunie respectivement à la zone d'ancrage 8 et à la partie rigide de prise de pression 10 par des zones d'articulation 15 et 16 de faible épaisseur autorisant le mouvement de roulement de la partie 14 illustrée par la figure 8. As a variant, in the embodiment of FIGS. 4, 5, 6 and 8, the flexible connection zone 9a is constituted by an intermediate annular zone 14 joined respectively to the anchoring zone 8 and to the rigid pressure take-off part 10 by articulation zones 15 and 16 of small thickness allowing the rolling movement of the part 14 illustrated in FIG. 8.

Naturellement tous les modes de réalisation qui précèdent pourraient également être réalisés avec une seule lèvre 11, comme illustré par exemple sur la figure 9. Naturally, all of the above embodiments could also be produced with a single lip 11, as illustrated for example in FIG. 9.

Claims

1. Seal for bearing comprising a metal frame (4) integral with an elastomer part (7) provided with sealing lips (11), characterized in that it comprises a fixed part (4, 8 ) secured to one of the bearing rings (1) and a rigid part (10, 10a), axially movable from which comes at least one sealing lip (11) rubbing against the other ring of the bearing (2) , said axially movable part having a sufficient radial surface and sufficient rigidity so that the action of pressure variations on one side or the other of said surface causes the overall axial displacement of said rigid movable part relative to the fixed part, said fixed part and said rigid axially movable part being connected together by a flexible connection zone (9, 9a) allowing a certain relative axial displacement of the whole of the movable part relative to the fixed part, while presenting a surface weak radial.

2. Seal according to claim 1, characterized in that the rigid axially movable part consists of a relatively rigid massive pressure tapping area in the form of an annular crown (10, 10a) connected by its external periphery to the flexible zone of. connection (9) and by its internal periphery to at least one sealing lip (11).

3. Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible connection zone (9) has a cross section with double convolution in the form of S or Z.

4. Seal according to one of claims 1 and 2, characterized in that the flexible connection zone (9a) comprises an intermediate annular zone (14) joined respectively to the anchoring zone (8) and to the part pressure tap (10, 10a) by articulation zones (15, 16) of small thickness.

5. A seal according to one of claims 2 to 4, characterized in that the rigidity of the pressure take-off zone (10) is obtained by a sufficient thickness.

6. Seal according to one of claims 2 to 4, characterized in that the rigidity of the pressure take-off zone (10a) is obtained mainly by means of a metal frame (13) embedded in the elastomer.