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Joints d'arbre radiaux (bagues d’étanchéité) : un manuel

On retrouve les bagues d'étanchéité dans de nombreuses applications, dans presque tous les secteurs industriels imaginables. Il est très important de choisir avec soin la bonne bague d'étanchéité pour assurer le bon fonctionnement de l'application dans laquelle elle est utilisée et pour éviter les fuites ou autres dommages. Dans cet article, nous vous en dirons plus sur les facteurs à prendre en compte pour choisir la bague d'étanchéité qui convient le mieux à votre application.

Qu'est-ce qu'une bague d'étanchéité ?

Dans le groupe des joints dynamiques, il y a notamment les joints d'arbre radiaux qui assurent l'étanchéité radiale sur un arbre rotatif. Ces joints sont communément appelés bagues d'étanchéité et nous les appellerons ainsi pour faciliter la lecture de cet article.

Dans la plupart des cas, ces bagues d'étanchéité ont pour but de sceller et de maintenir l'huile ou la graisse lubrifiante dans l'application, afin que les pièces mobiles comme les roulements soient bien alimentées en fluide lubrifiant. Mais ces joints sont également utilisés pour sceller d'autres liquides, gaz, poudres ou substances plus solides telles que des granulés.

La bague d'étanchéité se compose de :

  • Manteau, corps en métal ou revêtu de caoutchouc
  • Lèvre d'étanchéité en caoutchouc ou PTFE
  • Ressort de différents matériaux (selon le type)

En raison de la forme spéciale de la lèvre et des différentes forces qui entrent en jeu lors de la rotation, la bague d’étanchéité fonctionnera comme un joint. Avec les nombreuses variantes de conception et de matériaux, d'innombrables types de bagues d'étanchéité sont disponibles. Pour diverses applications, telles que les pompes, les boîtes de vitesses, les roues et bien d'autres applications où les fluides doivent être scellés. Et ce dans toutes sortes de secteurs tels que la chimie, l'industrie générale, les éoliennes, l'automobile, l'agroalimentaire,... Les bagues d'étanchéité sont utilisées dans presque tous les secteurs.

Choisir la bonne bague d'étanchéité

À quoi faut-il être attentif pour choisir la bonne bague d'étanchéité ? Il existe différents types de bagues d'étanchéité et différents types de matériaux pour chaque application. Choisir la bonne taille de bague d'étanchéité est dès lors essentiel pour un fonctionnement optimal. Ce choix nécessite donc une connaissance suffisante de l'application dans laquelle la bague d'étanchéité sera utilisée.

Type ou forme de bague d'étanchéité

DIN 3760 et ISO 6194 sont les normes auxquelles répondent la plupart des bagues d’étanchéité standard. Il existe plusieurs types standard de bagues d'étanchéité qui se basent sur ces exigences.

Les bagues d'étanchéité les plus courantes sont les types R, RST, M et MST d'ERIKS. Ils correspondent respectivement aux types A, AS, B et BS selon la norme DIN 3760/ISO 6194.

DIN

Norme 3760/3761

ERIKS

DIN

A

Norme 3760/3761

revêtu de caoutchouc

ERIKS

R

DIN

AS

Norme 3760/3761

similaire au type A avec lèvre anti-poussière

ERIKS

RS

DIN

B

Norme 3760/3761

à enveloppe métallique

ERIKS

M

DIN

BS

Norme 3760/3761

similaire au type B avec lèvre anti-poussière

ERIKS

MS

DIN

C

Norme 3760/3761

double enveloppe métallique

ERIKS

GV

DIN

CS

Norme 3760/3761

similaire au type C avec lèvre anti-poussière

ERIKS

GVST

Ils sont tous dotés d'un ressort pour donner une précharge à la lèvre d'étanchéité. Ces types sont tous destinés aux applications sans pression ou à basse pression, jusqu'à 0,5 bar. Pour les diamètres supérieurs à 500 mm, ce sera même 0,1 bar maximum. Pour des pressions plus élevées, des types plus spéciaux ou des lipseals en PTFE sont possibles.

Le modèle ERIKS type M (type B selon la norme DIN) se caractérise par son boîtier métallique unique et sa lèvre d'étanchéité en caoutchouc. Compte tenu de leur boîtier métallique, ils doivent être installés dans une rainure bien finie, sans dommages. Les bagues d'étanchéité avec boîtier métallique sont souvent moins chères en grandes quantités et se trouvent donc régulièrement en tant que type d’origine dans une machine. Mais si vous devez remplacer une bague d'étanchéité, les types avec extérieur en caoutchouc (type R ou RST) sont plus faciles à installer. Le type MST est une variante courante du type M, à la différence que la bague d'étanchéité MST comporte une lèvre anti-poussière qui éloigne la poussière et la saleté de la lèvre d'étanchéité, pour une durée de vie plus longue dans les environnements poussiéreux.

Le modèle ERIKS type GV (type C selon DIN) correspond au type M, mais il est doté d'un double boîtier métallique qui le rend plus robuste. Ce qui peut être utile pour des diamètres plus grands, dans des applications plus lourdes, par exemple. Ce type a également une variante avec une lèvre anti-poussière, le GVST (type CS selon DIN).

Le modèle ERIKS type R (type A selon la norme DIN) a une forme identique à celle du modèle M, mais possède un manteau extérieur en caoutchouc avec un renforcement métallique à l'intérieur. Le caoutchouc assure une bonne étanchéité dans le boîtier, même lorsque le boîtier n'est pas dans un état optimal, par exemple en raison d'un dommage mineur. Le RST est la version avec lèvre anti-poussière. Ces types sont souvent choisis pour remplacer un type avec manteau extérieur métallique, car ils sont plus faciles à monter et peuvent supporter les légers dommages (comme des rayures) dans la rainure.

En outre, ERIKS possède également le type GR et GRST. Ils sont pratiquement identiques aux types R et RST, sauf que la bague intérieure en métal est entièrement recouverte de caoutchouc. ERIKS les a fabriqués en standard en caoutchouc FKM, ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans des environnements acides.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des différents types standard de bagues d’étanchéité et de leurs principales caractéristiques.

En plus de ces types standardisés, il existe également :

  • Des bagues d'étanchéité en caoutchouc avec un manteau de tissu en caoutchouc.

Elles sont similaires aux types R et RST, mais le manteau ne comporte pas de bague de renforcement métallique. Pour compenser, l'extérieur n'est pas simplement fabriqué en caoutchouc, mais dans un tissu en caoutchouc dur et résistant. L'avantage de ces types est qu'ils peuvent être réalisés en version fractionnée. Ces types sont presque toujours produits à la demande et cela est possible en NBR ou FKM.

  • Lipseals en PTFE

Ces types sont dotés d'un manteau métallique et d'une lèvre en PTFE. Ils conviennent à une large fourchette de température de -90 °C à +260 °C. Ces lipseals peuvent également être utilisés pour des pressions plus élevées, jusqu'à 10 bars (types spéciaux jusqu'à 25 bars) et des vitesses de rotation jusqu'à 40-45 m/s. Certains types de PTFE peuvent être utilisés dans des applications alimentaires et pharmaceutiques.

Il est toutefois important de noter que les lipseals en PTFE nécessitent une finition d'arbre plus dure et plus lisse.

  • Casette Seals

Les joints cassettes sont optimisés pour une excellente rétention de graisse ou d'huile avec une protection maximale contre les contaminants liquides ou solides. Ce joint possède sa propre douille sur laquelle un joint à plusieurs lèvres assure souvent l'étanchéité.

Ces joints cassettes sont très utilisés dans les applications d'extrémité de roue telles que les arbres avant et arrière des machines agricoles ou des camions tout-terrain, par exemple.

 
  • Bague d'étanchéité pour une pression plus élevée
     

Sur le RST-D, la lèvre d'étanchéité a été rendue plus robuste, pour des pressions jusqu'à 10 bars à des vitesses de rotation légèrement inférieures.

Conception solide du GVP pour les grands diamètres, avec des vitesses de rotation jusqu'à 15 m/s et une pression de 3-4 bars.

Matériau des bagues d'étanchéité

Manteau

  • Métal

Le métal utilisé dans les bagues d'étanchéité à manteau métallique est généralement de l'acier au carbone. Un autre type d'acier (par exemple l'acier inoxydable) est possible sur demande et en fonction des quantités.

  • Caoutchouc ou tissu de caoutchouc

Le manteau des bagues d'étanchéité avec revêtement en caoutchouc ou en tissu de caoutchouc est de la même qualité de caoutchouc que la lèvre d'étanchéité. Le tissu de caoutchouc est une combinaison de caoutchouc renforcé avec un tissu.

Ressort

Le ressort est fabriqué en acier au carbone de manière standard. Des ressorts en acier inoxydable sont montés pour nos bagues d'étanchéité GR et GRST en caoutchouc FKM. Il est même possible d'utiliser un joint torique comme élément de ressort dans des cas exceptionnels. Les lipseals standard en PTFE ne comportent pas de ressort.

Lèvre d'étanchéité

La lèvre d'étanchéité est toujours constituée d'un matériau en caoutchouc ou en plastique. Pour les bagues d'étanchéité à manteau en caoutchouc (R, RST, GR, GRST), la qualité du caoutchouc de la lèvre d'étanchéité est la même que celle du manteau.

Le matériau de la lèvre d'étanchéité se choisit en fonction du fluide à étancher en combinaison avec la vitesse de rotation. Une lèvre d'étanchéité en NBR peut supporter des vitesses de surface jusqu'à 10-12 m/s pour les arbres plus grands. Une lèvre FKM peut supporter jusqu'à 35-38 m/s pour les arbres plus grands.

Caoutchouc nitrile-butadiène (NBR, nitrile)

Le NBR, également appelé caoutchouc nitrile ou nitrile, est le matériau le plus choisi pour une bague d'étanchéité en raison de sa bonne résistance à de nombreuses huiles et graisses, telles que les lubrifiants minéraux et les huiles hydrauliques. Selon leur composition, les huiles et graisses synthétiques (par exemple à base de glycol) peuvent être néfastes pour les caoutchoucs NBR. Selon la quantité de glycol, un lipseal en PTFE peut être le meilleur choix. Le NBR ne peut pas non plus être utilisé en contact avec des acides et des solvants. Le caoutchouc convient aux températures d'huile et de graisse de -35˚C à 100˚C.

La plupart des bagues d’étanchéité ERIKS, tels que les types M, MST, R et RST, sont fabriqués en NBR de manière standard.

Caoutchouc fluoropolymère (FKM, Viton™)

Le FKM ou FPM, dont le nom de marque le plus connu est Viton™, peut résister à des températures de fluide plus élevées (jusqu'à 180 ˚C). Le FKM est également très résistant chimiquement aux acides et aux bases forts, ainsi qu'aux huiles et graisses synthétiques. Cependant, les huiles et les graisses à base de glycol peuvent malgré tout être mauvaises pour le FKM.

En raison de la résistance à la température plus élevée du FKM, ce matériau est également choisi pour des vitesses plus élevées, ce qui entraîne une augmentation importante de la température au niveau de la lèvre d'étanchéité. Choisir un FKM garantira dans la plupart des cas une durée de vie plus longue qu'un NBR. Le prix plus élevé d'un FKM par rapport à un NBR est alors insignifiant si vous devez le remplacer moins souvent. La résistance à basse température du FKM standard est limitée, à savoir -15 ˚C.

Poly-Tétra-Fluoro-Ethylène (PTFE, Teflon®)

Le PTFE, plus connu sous le nom de marque Teflon®, est un matériau moins courant mais surtout utilisé pour les joints rotatifs dans les industries chimique, agroalimentaire et pharmaceutique. Il se caractérise par une très faible résistance au frottement et présente la meilleure résistance chimique. Il résiste également à une fourchette de température très large dans ces types de joints, de -80 ˚C à 200˚C. Les bagues d'étanchéité avec lip en PTFE nécessitent une finition d'arbre plus dure et plus fine. Ce problème peut également être résolu en utilisant, par exemple, un manchon d'arbre.

EPDM

Les bagues d'étanchéité en EPDM sont moins courantes et sont utilisées pour des applications impliquant des solvants, de l'eau chaude et de la vapeur. L'EPDM est très résistant aux basses températures jusqu'à -50 °C et aux rayons UV. Certaines variantes d'EPDM conviennent également à des températures plus élevées, jusqu'à +150 °C. Les bagues d’étanchéité en EPDM sont généralement disponibles sur demande.

VMQ (silicone)

Une bague d’étanchéité en VMQ, également connu sous le nom de silicone, est moins courante. En effet, le VMQ a une faible résistance mécanique et ne résiste pas à l'abrasion. Il est donc moins adapté aux applications dynamiques, mais il résiste à des températures assez basses et élevées, allant de -60 °C à 200 °C. De nombreux types de VMQ conviennent également au contact avec des produits alimentaires ou pharmaceutiques. Le VMQ peut donc être envisagé pour ces applications. Les bagues d’étanchéité VMQ sont généralement disponibles sur demande.

Type de caoutchouc

Code matériau : ISO 1629

Résistance à la chaleur

Type de caoutchouc

Nitrile 
Haute résistance à l'usure, bonnes propriétés d'écoulement de l'huile pour un usage général

Code matériau : ISO 1629

NBR

Résistance à la chaleur

-35 °C à +100 °C

Type de caoutchouc

Polyacrylate 
Meilleure résistance à la chaleur, aux huiles et aux produits chimiques que le NBR 
Son utilisation est recommandée dans les huiles contenant des additifs de mise en charge tels que les huiles pour engrenages EP

Code matériau : ISO 1629

ACM

Résistance à la chaleur

-20 °C à 130 °C

Type de caoutchouc

Viton® 
Haut niveau de résistance aux produits chimiques 
Résistance aux températures élevées

Code matériau : ISO 1629

FPM

Résistance à la chaleur

-15 °C à 180 °C

Type de caoutchouc

Silicone 
Large plage de températures 
Généralement utilisé pour les applications à basse température 
Particulièrement sujet aux dommages mécaniques lors du montage

Code matériau : ISO 1629

MVQ

Résistance à la chaleur

-50 °C à 150 °C

Type de caoutchouc

Polytétrafluoroéthylène 
Résistance aux produits chimiques 
Faible coefficient de friction, faibles propriétés élastiques, non résistant à l'usure en cas d'utilisation par des applications dynamiques

Code matériau : ISO 1629

PTFE

Résistance à la chaleur

-80 °C à 200 °C

Type de caoutchouc

Cuir 
Recommandé pour les applications abrasives 
Bonnes propriétés d'écoulement de l'huile, grâce à la lèvre d'étanchéité imprégnée 
Peut être utilisé sur les arbres dont la rugosité de surface est hors de celle acceptable pour les bagues d'étanchéité en caoutchouc 
Ne convient pas pour l'eau

Code matériau : ISO 1629

-

Résistance à la chaleur

-40 °C à 90 °C

Taille de la bague d’étanchéité

Les bagues d’étanchéité existent en différentes tailles, pour des arbres de quelques millimètres à plusieurs mètres. Une fois que vous avez le diamètre de l'arbre, le diamètre de la rainure (diamètre du boîtier) et la largeur de la rainure, il est alors facile de choisir la bague d'étanchéité correspondante. Vous verrez généralement les trois dimensions sur une bague d'étanchéité ou dans la description du produit, par exemple 6x15x4. Elles font référence aux dimensions du matériel pour lequel la bague d'étanchéité a été développée. Dans cet exemple, cette bague d'étanchéité pourra être utilisée : diamètre de l'arbre de 6 mm x diamètre de la rainure de 15 mm x largeur minimale de la rainure de 4 mm.

Disponibilité

Montage de la bague d’étanchéité

Avez-vous trouvé la bonne bague d'étanchéité pour votre application ? L'étape suivante est un montage impeccable, afin que la bague d'étanchéité soit placée sans être endommagée.

Préparation au montage

Avant de monter la bague d'étanchéité, il est essentiel que la bague, l'arbre et l'alésage ne soient pas endommagés et soient propres. Les surfaces avec lesquelles la bague d'étanchéité entre en contact ne doivent pas présenter de pointes ou de bavures. La lèvre d'étanchéité est fragile, le moindre dommage peut donc provoquer une fuite. Il est également important que l'arbre et l'alésage aient la bonne finition.

Préparez l’arbre et évitez les dégâts

Pour un montage réussi, il est important que l'arbre soit intact. D'une part, pour le bon fonctionnement de la bague d’étanchéité. D'autre part, pour ne pas endommager la bague d’étanchéité lors du montage. De plus, il est très important de lubrifier l'arbre, la lèvre d'étanchéité et l'alésage avec suffisamment de graisse. Cela facilite le glissement de la bague d'étanchéité sur l'arbre et empêche le fonctionnement à sec après la première rotation. De plus, la bague d'étanchéité à l'huile peut entrer en contact avec la clavette, les filets ou d'autres rainures lorsqu'elle coulisse sur l'arbre. En recouvrant ces zones d'irrégularités avec du papier imbibé d'huile ou du ruban adhésif, la bague d'étanchéité peut être montée sur la lèvre d'étanchéité sans être endommagée.

La bonne dureté et la rugosité de l’arbre et du boîtier sont également des facteurs importants. Une dureté de HRc 45 avec une rugosité Ra 0.4-0.8 est recommandée pour une lèvre d'étanchéité en caoutchouc. Pour une lèvre en PTFE, une dureté de l'arbre supérieure de HRc 60 avec une rugosité Ra 0.1-0.4 est recommandée.

Installation de la bague d’étanchéité

Lorsque vous commencez la pose proprement dite, assurez-vous que la bague d'étanchéité est toujours dans le bon sens. La bague d'étanchéité doit être placée avec son ressort orienté vers le côté du fluide à étancher. La bague d'étanchéité doit ensuite être pressée dans l'alésage, un ajustement serré est nécessaire (H8 est recommandé dans la rainure). Utilisez les bons outils, comme un jeu de douilles à choc, pour que la force d'enfoncement soit uniforme. La bague d'étanchéité ne doit jamais être enfoncée dans l'alésage avec trop de force, ne forcez donc pas.

Vous pouvez retrouver ici plus d'informations et des conseils pratiques d'installation.

Auteur

Stijn de Cnop

Stijn de Cnop

Product Manager of Sealing & Polymer Technology

Stijn de Cnop

Auteur: Stijn de Cnop

Product Manager of Sealing & Polymer Technology

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