FR2674596A1

FR2674596A1 - Rotating seal

Info

Publication number: FR2674596A1
Application number: FR9103984A
Authority: FR
Inventors: Ravy Daniel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1992-10-02
Anticipated expiration: 1997-03-27
Also published as: FR2674596B3

Abstract

This seal provides sealing between a fixed annular component (10) and a rotating body (2) exhibiting a cylindrical part (4), the annular component (10) including a passage (11) for the inlet or outlet of fluid communicating with at least one fluid duct (14, 15) formed in the body (2). Two annular grooves (17, 18) are formed in the inside wall (13) of the annular component (10), on either side of the mouth (12) of the passage (11). Each groove (17, 18) receives a rubbing ring (19, 20) made of a flexible material with very low coefficients of friction and of slip, and a thrust ring (21, 22) made of a flexible and elastic material. Specific application: spindle and machine tool with pressurised irrigation of the tool via the centre.

Description

"JOINT TOURNANT"
La présente invention concerne un joint tournant, et plus particulièrement un joint tournant assurant une étanchéité entre une pièce annulaire fixe et un corps tournant présentant une partie cylindrique traversant la pièce annulaire fixe, cette pièce annulaire fixe comportant un canal d'arrivée ou de départ de fluide, en communication avec au moins un conduit de fluide ménagé dans le corps tournant."TURNING JOINT"
The present invention relates to a rotary joint, and more particularly a rotary joint ensuring a seal between a fixed annular part and a rotary body having a cylindrical part passing through the fixed annular part, this fixed annular part comprising an inlet or outlet channel for fluid, in communication with at least one fluid conduit formed in the rotating body.

Des joints tournants de ce genre sont utilisés, notamment, pour l'amenée d'un fluide d'arrosage sous pression à une broche de machine-outil. Rotating joints of this kind are used, in particular, for supplying a pressurized spraying fluid to a spindle of a machine tool.

Le problème ici posé est de réaliser une bonne étanchéité entre la pièce annulaire fixe et le corps tournant, lequel peut être animé d'un mouvement de rotation à vitesse élevée. L'étanchéité doit être assurée de part et d'autre de la zone où le canal d'arrivée du fluide d'arrosage débouche sur la paroi intérieure de la pièce annulaire fixe et communique avec les conduits ménagés pour ce fluide dans le corps tournant. En particulier, le canal d'arrivée du fluide d'arrosage peut déboucher dans une gorge annulaire de distribution de ce fluide, ménagée dans la paroi intérieure de la pièce annulaire fixe, et il convient d'assurer l'étanchéité de part et d'autre de cette gorge annulaire, entre ladite paroi intérieure et une surface extérieure cylindrique du corps tournant.The problem here is to achieve a good seal between the fixed annular part and the rotating body, which can be driven by a rotational movement at high speed. Sealing must be ensured on either side of the area where the coolant inlet channel opens onto the inner wall of the fixed annular part and communicates with the conduits provided for this fluid in the rotating body. In particular, the irrigation fluid inlet channel can open into an annular groove for distributing this fluid, formed in the inner wall of the fixed annular part, and it is necessary to ensure the sealing on both sides. other of this annular groove, between said inner wall and a cylindrical outer surface of the rotating body.

Actuellement, ce genre d'étanchéité est réalisé soit au moyen de presse-étoupe, soit au moyen de bagues toriques souples. Les presse-étoupe présentent une structure relativement compliquée. Quant aux bagues toriques souples, celles-ci ne procurent pas une étanchéité satisfaisante à grande vitesse, si elles sont utilisées seules. Currently, this type of sealing is carried out either by means of a cable gland, or by means of flexible O-rings. The cable glands have a relatively complicated structure. As for flexible O-rings, these do not provide a satisfactory seal at high speed, if they are used alone.

La présente invention vise à éviter ces inconvénients, en fournissant un joint tournant perfectionné qui, tout en conservant une structure simple et économique, améliore les qualités d'étanchéité en permettant des vitesses plus importantes. The present invention aims to avoid these drawbacks by providing an improved rotary joint which, while retaining a simple and economical structure, improves the sealing qualities by allowing higher speeds.

A cet effet, le joint tournant objet de l'invention comporte, de part et d'autre du débouché du canal précité sur la paroi intérieure de la pièce annulaire fixe, deux gorges annulaires ménagées dans cette paroi et recevant, chacune, une bague de frottement en matériau flexible à très faibles coefficients de frottement et de glissement, située au contact de la partie cylindrique du corps tournant, et une bague de poussée en matériau souple et élastique, interposée et comprimée entre la bague de frottement et le fond de la gorge annulaire. To this end, the rotary joint which is the subject of the invention comprises, on either side of the outlet of the above-mentioned channel on the inner wall of the fixed annular part, two annular grooves formed in this wall and each receiving a ring of friction in flexible material with very low coefficients of friction and sliding, located in contact with the cylindrical part of the rotating body, and a thrust ring in flexible and elastic material, interposed and compressed between the friction ring and the bottom of the groove annular.

Chaque bague de frottement assure le contact étanche avec la surface de la partie cylindrique du corps tournant, surface qui est avantageusement traitée ou revêtue d'une couche améliorant le glissement. Cette bague de frottement possède de préférence une section rectangulaire ; il peut s'agir notamment d'une bague en polytétrafluoroéthylène (PTFE) graphité. Each friction ring ensures tight contact with the surface of the cylindrical part of the rotating body, which surface is advantageously treated or coated with a layer improving the sliding. This friction ring preferably has a rectangular section; it may in particular be a graphite polytetrafluoroethylene (PTFE) ring.

Chaque bague de poussée assure, à Irétat monté, la mise en pression de la bague de frottement correspondante contre la partie cylindrique du corps tournant, et elle complète l'étanchéité, de sorte que l'on obtient une étanchéité
- entre la bague de frottement et la surface du corps tournant
- entre la bague de frottement et la bague de pression ; et
- entre la bague de pression et le fond de la gorge logeant les deux bagues.Each thrust ring ensures, in the assembled state, the pressurization of the corresponding friction ring against the cylindrical part of the rotating body, and it completes the seal, so that a seal is obtained
- between the friction ring and the surface of the rotating body
- between the friction ring and the pressure ring; and
- between the pressure ring and the bottom of the groove housing the two rings.

Dans une forme de réalisation simple, la bague de poussée est une bague torique souple, telle qu'une bague en élastomère (bague "R"). In a simple embodiment, the push ring is a flexible O-ring, such as an elastomer ring ("R" ring).

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce joint tournant. Anyway, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the single figure of the appended schematic drawing representing, by way of nonlimiting example, an embodiment of this rotary joint. .

La figure unique est une vue en coupe passant par l'axe 1 d'un joint tournant conforme à la présente invention, appliqué à une broche de machine-outil avec arrosage sous pression de l'outil par le centre. The single figure is a sectional view passing through the axis 1 of a rotary joint according to the present invention, applied to a machine tool spindle with pressure spraying of the tool from the center.

Le joint comporte un corps principal 2, métallique, monté tournant autour de l'axe 1. Le corps 2 présente une partie postérieure 3 servant à sa fixation sur la broche, une partie intermédiaire cylindrique 4 et une partie antérieure tronconique 5. L'outil tournant d'usinage, non représenté, est reçu dans un logement cylindrique 6 ménagé axialement dans le corps tournant 2 et débouchant à l'extrémité avant de ce corps 2, une bague d'étanchéité torique 7 étant montée dans une gorge annulaire creusée dans la paroi du logement 6. The seal comprises a main body 2, metallic, mounted rotating around the axis 1. The body 2 has a rear part 3 used for fixing it to the spindle, a cylindrical intermediate part 4 and a frustoconical front part 5. The tool machining turn, not shown, is received in a cylindrical housing 6 formed axially in the rotating body 2 and opening at the front end of this body 2, an O-ring seal 7 being mounted in an annular groove hollowed out in the housing wall 6.

Le corps 2 est monté tournant, par l'intermédiaire de roulements 8 et 9, dans une pièce annulaire fixe 10 qui entoure la partie intermédiaire cylindrique 4 de ce corps 2. Un canal radial Il est ménagé dans la pièce annulaire fixe 10, à mi-longueur de celle-ci. Le canal il est raccordé du côté extérieur à une arrivée de fluide d'arrosage sous pression, amené suivant la flèche F, par exemple de l'huile ou de l'huile soluble ou une émulsion air-huile. Du côté intérieur, le canal 11 débouche dans une gorge annulaire 12 ménagée dans la paroi cylindrique intérieure 13 de la pièce annulaire fixe 10. The body 2 is mounted to rotate, by means of bearings 8 and 9, in a fixed annular part 10 which surrounds the cylindrical intermediate part 4 of this body 2. A radial channel It is formed in the fixed annular part 10, halfway -length thereof. The channel 11 is connected on the outside to an inlet for pressurized spraying fluid, brought along arrow F, for example oil or soluble oil or an air-oil emulsion. On the internal side, the channel 11 opens into an annular groove 12 formed in the internal cylindrical wall 13 of the fixed annular part 10.

En regard de la gorge annulaire 12, le corps tournant 2 comporte des perçages radiaux 14, qui débouchent du côté de l'axe 1 dans un conduit central 15 prolongeant le logement 6. Ainsi, quelle que soit la position angulaire du corps tournant 2, le fluide d'arrosage peut parvenir en permanence à l'intérieur du corps tournant 2, et de là arriver dans l'outil tournant d'usinage. Opposite the annular groove 12, the rotating body 2 comprises radial holes 14, which open on the side of the axis 1 in a central duct 15 extending the housing 6. Thus, whatever the angular position of the rotating body 2, the coolant can reach the inside of the rotating body 2 permanently, and from there arrive in the rotating machining tool.

Un cache annulaire 16, lié en rotation avec le corps tournant 2, est encore monté en arrière de la pièce annulaire fixe 10 et du roulement postérieur 8. An annular cover 16, linked in rotation with the rotating body 2, is also mounted behind the fixed annular part 10 and the rear bearing 8.

L'invention s'intéresse, plus particulièrement, à l'étanchéité réalisée entre la pièce annulaire fixe 10 et le corps tournant 2, qui en cours de fonctionnement de la machine-outil concernée est entraîné en rotation à vitesse élevée. Cette étanchéité est assurée, d'une part, entre la gorge annulaire 12 et le premier roulement 8, et d'autre part, entre la gorge annulaire 12 et le second roulement 9. The invention relates, more particularly, to the seal produced between the fixed annular part 10 and the rotating body 2, which during operation of the machine tool concerned is rotated at high speed. This seal is ensured, on the one hand, between the annular groove 12 and the first bearing 8, and on the other hand, between the annular groove 12 and the second bearing 9.

Pour recevoir les organes d'étanchéité, une première gorge annulaire relativement profonde 17 est ménagée sur la paroi intérieure cylindrique 13 de la pièce annulaire fixe 10 entre la gorge 12 précitée et le roulement postérieur 8, et une seconde gorge annulaire relativement profonde 18 est ménagée symétriquement, sur la paroi intérieure cylindrique 13 de la pièce annulaire fixe 10, entre la gorge 12 et le roulement antérieur 9. To receive the sealing members, a first relatively deep annular groove 17 is formed on the cylindrical inner wall 13 of the fixed annular part 10 between the aforementioned groove 12 and the rear bearing 8, and a second relatively deep annular groove 18 is formed symmetrically, on the cylindrical inner wall 13 of the fixed annular part 10, between the groove 12 and the front bearing 9.

Chaque gorge annulaire 17,18 reçoit une bague de frottement, respectivement 19,20 et une bague de poussée, respectivement 21,22. Chaque bague de frottement 19 ou 20, de section rectangulaire, est située au contact de la partie intermédiaire cylindrique 4 du corps tournant 2. Cette bague 19 ou 20 est réalisée en un matériau flexible à très faibles coefficients de frottement et de glissement, par exemple en polytétrafluoroéthylène (PTFE) graphité. Each annular groove 17.18 receives a friction ring, respectively 19.20 and a thrust ring, respectively 21.22. Each friction ring 19 or 20, of rectangular section, is located in contact with the cylindrical intermediate part 4 of the rotating body 2. This ring 19 or 20 is made of a flexible material with very low coefficients of friction and sliding, for example in graphitized polytetrafluoroethylene (PTFE).

Chaque bague de poussée 21 ou 22 est une bague torique souple en élastomère (bague "R"), prenant place entre la bague de frottement correspondante 19 ou 20 et le fond de la gorge annulaire respective 17 ou 18. Each thrust ring 21 or 22 is a flexible O-ring made of elastomer (ring "R"), taking place between the corresponding friction ring 19 or 20 and the bottom of the respective annular groove 17 or 18.

La bague de poussée 21 ou 22 exerce sur la bague de frottement correspondante 19 ou 20 une pression, dirigée radialement vers l'axe 1, qui amène ladite bague de frottement 19 ou 20 en contact étanche avec la surface de la partie cylindrique 4 du corps tournant 2. Cette surface, métallique, est avantageusement traitée et chromée ou revêtue d'une couche améliorant le glissement, par exemple une couche de carbonitrure de titane telle qu'un revêtement "BALINIT" (marque enregistrée). The thrust ring 21 or 22 exerts on the corresponding friction ring 19 or 20 a pressure, directed radially towards the axis 1, which brings said friction ring 19 or 20 into sealing contact with the surface of the cylindrical part 4 of the body turning 2. This metallic surface is advantageously treated and chromed or coated with a layer improving the sliding, for example a layer of titanium carbonitride such as a "BALINIT" coating (registered trademark).

Grâce aux dispositions précédemment décrites, on obtient une très bonne étanchéité à grande vitesse de rotation, pouvant se situer entre 100 et 600 mètres/minute en vitesse périphérique, quel que soit le fluide d'arrosage et pour des pressions de ce fluide pouvant atteindre une centaine de bars. Thanks to the previously described arrangements, a very good seal is obtained at high speed of rotation, which can be between 100 and 600 meters / minute at peripheral speed, whatever the coolant and for pressures of this fluid which can reach a hundred bars.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce joint tournant qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications concernant les matériaux constitutifs des bagues de frottement et de poussée, l'utilisation de matériaux autres que ceux mentionnés mais équivalents par leurs propriétés étant naturellement possible. De même, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de la présente invention en destinant le même joint tournant à des applications autres que les broches de machines-outils ainsi, une autre application envisageable concerne les pompes à eau pour véhicules automobiles. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of this rotary joint which has been described above, by way of example; on the contrary, it embraces all of the variant embodiments and applications respecting the same principle. Thus, in particular, that one would not depart from the scope of the invention by modifications concerning the materials constituting the friction and thrust rings, the use of materials other than those mentioned but equivalent by their properties being naturally possible. Similarly, it would not depart from the scope of the present invention by designating the same rotating joint for applications other than the spindles of machine tools, another possible application concerns water pumps for motor vehicles.

Claims

1. Rotating joint ensuring a seal between a fixed annular part (10) and a rotating body (2) having a cylindrical part (4) passing through the fixed annular part, this fixed annular part (10) comprising a channel (11) of fluid inlet or outlet, in communication with at least one fluid conduit (14,15) formed in the rotating body (2), characterized in that it comprises, on either side of the outlet (12) of the aforementioned channel (11) on the inner wall (13) of the fixed annular part (10), two annular grooves (17,18) formed in this wall (13) and each receiving a friction ring (19,20) in flexible material with very low coefficients of friction and sliding, located in contact with the cylindrical part (4) of the rotating body (2), and a thrust ring (21,22), in flexible and elastic material, interposed and compressed between the friction ring (19,20) and the bottom of the annular groove (17,18).

2. Rotating joint according to claim I, characterized in that each friction ring (19,20) is a ring of rectangular section.

3. Rotating joint according to claim l or 2, characterized in that each friction ring (19,20) is a ring in graphitized polytetrafluoroethylene.

4. Rotating joint according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each thrust ring (21,22) is a flexible O-ring.

5. Rotating joint according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each thrust ring (21,22) is an elastomer ring.

6. Rotary joint according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cylindrical part (4) of the rotary body (2), in contact with the friction rings (18,19), has a treated surface or coated with a slip-enhancing layer.

7. Rotating joint according to any one of claims 1 to 6, characterized by its application to a machine tool spindle with pressure spraying of the tool from the center.