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CA 02411746 2002-12-05
WO 01/94801 PCT/FRO1/01703
PALIER A ROULEMENT FREINÉ
La présente invention concerne le domaine des ensembles
instrumentés du genre pour volants de manoeuvre utilisés par exemple
pour la direction de véhicules automobiles, d'engins de manutention ou
d'engins de travaux publics, ou de tous autres types d'engins ou de
machines nécessitant un volant de commande.
De façon classique, un volant de commande est relié à un axe, par
exemple un axe de colonne de direction, qui, suivant le type de direction
utilisé, actionne directement en rotation le mécanisme de direction dans le
cas d'une direction mécanique, actionne des distributeurs de pression
hydraulique dans le cas d'une direction hydraulique ou, enfin, dans le cas
d'une direction électrique, actionne l'anneau codeur d'un dispositif de
capteur délivrant un signal au moteur électrique de commande, diverses
combinaisons de ces types étant possibles.
Dans le cas d'une direction uniquement électrique, de plus en
plus couramment utilisée pour des engins de manutention tels que des
chariots élévateurs. Un système de détection de la rotation du volant,
intégré ou non aux roulements, délivre par un câble un signal représentatif
de la rotation du volant à destination du dispositif d'orientation des roues
du véhicule. Le volant étant monté sur son support par un ou plusieurs
paliers à roulement et n'étant pas lié à des systèmes mécaniques de
transmission de couple, la rotation du volant s'effectue avec un couple
résistant extrêmement faible. On y ajoute donc souvent un système de
freinage du volant destiné à générer dans celui-ci un couple résistant afin
de favoriser la précision et le confort de la conduite du véhicule. Un
dispositif de ce type est décrit par exemple dans le document DE-A-
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195 10 717.
Ce dispositif présente toutefois certains inconvénients parmi
lesquels nous noterons tout d'abord l'encombrement axial et le coût
relativement élevés en raison de la présence de deux roulements dans le
prolongement desquels est disposé un système de frein utilisant un ressort
à boudin venant presser une pièce conique de friction dans une cuvette
comportant également une surface de friction conique. Le couple de
friction développé par un tel dispositif est relativement réduit et l'usure
importante du fait des faibles surfaces de friction. En outre, le système de
freinage modifie le jeu de fonctionnement des roulements.
On connaît par 1e document FR-A-2 782 970 un volant de
manoeuvre monté sur un roulement instrumenté et auquel est adjoint un
système de freinage dont 1a partie tournante est supportée par la bague
intérieure tournante du roulement et vient frotter contre le fond d'un
boîtier. Toutefois, dans ce type de dispositif, le roulement n'est pas monté
sur un axe et l'encombrement diamétral du roulement et du dispositif est
important.
L'invention propose de remédier aux inconvénients des
dispositifs de fart antérieur.
L'invention propose un dispositif économique et peu
encombrant radialement.
Le dispositif de palier à roulement freiné, selon un aspect de
(invention, est du genre destiné à un volant de commande. Le dispositif
comprend une partie extérieure, une partie intérieure, l'une étant
tournante et (autre non tournante, une rangée d'éléments roulants
disposés entre lesdites parties tournante et non tournante. Ledit dispositif
comprend, en outre, un moyen de détection des paramètres de rotation et
un moyen de freinage de la partie tournante. Le moyen de freinage
comprend une pluralité de disques maintenus en contact de friction par au
moins un élément élastique axialement. On obtient un dispositif compact
radialement, de fabrication simple et dont les caractéristiques de freinage
sont aisément ajustables. Les disques peuvent former un empilage axial.
De préférence, le moyen de freinage comprend au moins un
disque angulairement solidaire de la partie non tournante et au moins un
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disque angulairement solidaire de la partie tournante.
De préférence, le moyen de freinage comprend au moins une
rondelle élastique servant à assurer un contact manuel avec précontrainte
axiale des surfaces de friction des disques.
Dans un mode de réalisation, au moins un des disques du moyen
de freinage est lié angulairement à la partie correspondante qui le supporte
au moyen d'un ergot en saillie dans une lumière.
Dans un mode de réalisation, le moyen de freinage se présente
sous la forme d'une cartouche annulaire dont les deux extrémités axiales
comprennent un élément latéral à section en L.
Dans un mode de réalisation, le moyen de freinage est disposé
radialement entre les parties extérieure et intérieure et est disposé
axialement, au moins en partie, dans le prolongement axial des éléments
roulants et au voisinage de ces derniers.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de palier comprend
deux bagues, l'une solidaire de la partie tournante et l'autre solidaire de la
partie non tournante, entre lesquelles sont disposés les éléments roulants.
Dans un mode de réalisation, le moyen de détection des
paramètres de rotation comprend un capteur solidaire de la bague non
tournante et un codeur solidaire de la bague tournante.
Dans un mode de réalisation, le capteur comprend une sortie de
connexion traversant la partie non tournante.
Dans un mode de réalisation, la partie non tournante comprend
une portion tubulaire et une portion radiale pourvue de moyens de fixation
du dispositif sur un support.
Dans un mode de réalisation, la partie tournante comprend une
portion tubulaire et une portion radiale pourvue de moyens de fixation
d'un volant sur le dispositif.
Ce dispositif de palier freiné s'adapte et se monte facilement en
de nombreux emplacements possibles d'un véhicule ou d'une machine, par
exemple sur un tableau de bord, par l'intermédiaire du boîtier formant
support. Quelques vis suffisent à la fixation du dispositif par
(intermédiaire du boîtier.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres
avantageuses apparaîtront à la lecture de la description détaillée de
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quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs
et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de palier;
et
- la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1 du
dispositif de palier.
Comme on peut le voir sur les figures, le dispositif de palier à
roulement comprend un élément extérieur 1, de forme annulaire, à demi-
section en L, avec une portion tubulaire 2 et une portion radiale 3
s'étendant à une extrémité de la portion tubulaire vers (extérieur. La
portion radiale 3 est pourvue d'une pluralité de trous de fixation 4 aptes à
recevoir des vis en vue d'une fixation sur un bâti fixe non représenté. La
portion tubulaire 2 est pourvue de deux encoches formant des lumières 5
s'étendant à partir de l'extrémité libre de ladite portion tubulaire 2,
situées
à l'opposé de la portion radiale 3. Les lumières 5 sont de forme
rectangulaire, leur longueur étant alignée sur l'axe référencé 6 sur lequel
est centré l'élément extérieur 1. L'élément extérieur 1 peut être réalisé en
tôle emboutie ou pliée. Un capot 7, par exemple réalisé en matériau
synthétique, présentant une forme de disque, vient fermer l'extrémité
libre de la portion tubulaire 2 sur laquelle débouchent les lumières 5, en
venant s'emmancher dans son alésage.
Le dispositif de palier à roulement comprend également un
élément intérieur 8, également centré sur Taxe 6, de forme annulaire à
section en U, présentant une portion tubulaire 9 dont une extrémité est
obturée par une portion radiale 10. Une pluralité de trous 11 sont prévus à
travers la portion tubulaire 10 pour recevoir des vis non représentées, par
exemple destinées à la fixation d'un volant de manoeuvre également non
représenté. L'élément intérieur 8 peut également être réalisé en tôle
emboutie. Entre les éléments extérieur 1 et intérieur 8, est disposée une
rangée d'éléments roulants 12 maintenus par une cage 13.
Dans la variante illustrée par les figures, les éléments roulants
12 sont disposés entre des bagues extérieure 14 et intérieure 15. Toutefois,
on pourrait prévoir que les éléments roulants soient directement en
contact avec les éléments extérieur 3 et intérieur 8 par l'intermédiaire de
chemins de roulement aménagés sur lesdits éléments extérieur et
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intérieur.
La bague extérieure 14 est emmanchée dans l'alésage 2a de la
portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1 et est pourvue d'un chemin de
roulement 16 pour les éléments roulants 12. La bague intérieure 15 est
5 emmanchée sur la surface extérieure 9a de la portion tubulaire 9 de
l'élément intérieur 8 et est pourvue d'un chemin de roulement 17 pour les
éléments roulants 12. La bague extérieure 14 est en outre pourvue de deux
rainures symétriques 18 et 19 formées sur son alésage, de part et d'autre du
chemin de roulement 16. Dans la rainure 18, est fixé un organe
d'étanchéité 20 qui vient frotter contre une portée de la bague intérieure
15. Dans la rainure 19 est fixé un bloc capteur référencé 21 dans son
ensemble.
Dans l'exemple illustré, le bloc capteur 21 comprend deux
éléments de détection 22, 23 disposés de façon diamétralement opposée et
noyés chacun dans une matière synthétique formant une partie centrale 24
du bloc capteur 21. La fixation du bloc capteur 21 sur la face frontale de la
bague extérieure 14 se fait au moyen d'un support 25 de fixation interposé
entre la bague 14 et le bloc capteur 21, à la fois sur les parties radiales et
sur les parties circonférentielles et dont une extrémité libre est repliée
dans 1a rainure 19.
Une portion annulaire cylindrique 24a vient s'insérer
partiellement à l'intérieur de l'alésage de la bague non tournante 14
sensiblement au niveau de la rainure 19, de façon que les éléments de
détection 22, 23 puissent étre partiellement disposés entre les deux bagues
14 et 15. Une plaque de protection externe 26 est en outre fixée à
(extérieur du bloc capteur 21 par un sertissage réalisé en rabattant l'autre
extrémité libre 25a du support 25 sur la périphérie de la plaque de
protection externe 26.
Le bloc capteur 21 comprend en outre deux terminaux filaires 27
et 28, associés respectivement aux éléments de détection 22 et 23, et
formés par une excroissance du matériau synthétique de la partie centrale
24 pour assurer la fixation de l'extrémité d'un câble 29, 30 par lequel un
signal émis peut être retransmis à une centrale électronique de traitement
et d'exploitation du signal, non représentée sur les figures. Les terminaux
filaires 27, 28 du bloc capteur 21 font saillie chacun à travers une lumière
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de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1 en étant en contact avec
le fond desdites lumières 5.
Les deux éléments de détection 22, 23 coopèrent chacun avec un
anneau codeur unique 31 monté en regard du bloc capteur 21 sur la surface
5 cylindrique externe de la bague tournante 15, de façon à être entraîné en
rotation par cette dernière. Le montage de l'anneau codeur 31 se fait au
moyen d'un support 32 qui vient se loger en partie entre les bagues 14 et
15. Le support 31, de forme annulaire à section en T, est emmanché sur la
surface cylindrique extérieure de la bague tournante 15 et vient en butée
contre une surface frontale de cette dernière. Une portion de (anneau
codeur 31 se trouve ainsi entre les bagues 14 et 15 et une portion fait
saillie
à l'extérieur. La majeure partie de la surface cylindrique extérieure de
l'anneau codeur 31 se trouve en regard des deux éléments de détection 22,
23 avec un léger entrefer.
Un roulement est ainsi formé par les éléments roulants 12 et les
bagues 14 et 15. Ä ce roulement peuvent se venir rajouter un ou plusieurs
joints d'étanchéité, un ou plusieurs codeurs, un ou plusieurs capteurs, etc.
Un organe de freinage 33 est également disposé entre la surface
extérieure 9a de la portion tubulaire 9 de (élément intérieur 8 et l'alésage
2a de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1. L'organe de freinage
33 est disposé dans le prolongement axial du roulement muni de son
système de détection des paramètres de rotation°et est situé axialement
entre l'extrémité libre de la portion tubulaire 9 de l'élément intérieur 8 et
la plaque 26 protégeant le bloc capteur 21. Plus généralement, l'organe de
freinage 33 est limité axialement par le capot 7, car on pourrait prévoir
qu'il fasse saillie axialement au-delà de fexirémité libre de la portion
tubulaire 9 en direction dudit capot 7.
L'organe de freinage 33 comprend une partie tournante 33a
formée de deux éléments 34, 35, de forme semblable, et comprenant
chacun une portion axiale tubulaire 34a, 35a et une portion radiale 34b,
35b en forme de disque. Les extrémités libres des portions tubulaires 34a,
35a sont montées en contact l'une avec l'autre, de façon que les éléments
34 et 35 forment une partie tournante 33a à section en U emmanchée sur la
surface extérieure 9a de la portion tubulaire 9.
La partie non tournante 33b de l'organe de freinage 33 comprend
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deux disques métalliques 36 et 37, disposés axialement entre les portions
radiales 34b et 35b de la partie tournante 33a. Entre les disques 36 et 37,
est disposée une rondelle 38 axialement élastique. Un disque ou
revêtement de friction 39 est interposé axialement entre le disque 36 et 1a
portion radiale en forme de disque 34b. Ce disque ou revêtement de
friction est réalisé en un matériau à coefficient de frottement élevé avec
les disques fixes 41 et la portion radiale 34b. S'il s'agit d'un revêtement,
il
est adhérisé de préférence au disque 41 et vient frotter sur la portion
radiale 34b. Il en est de même pour le revêtement de friction 40, le disque
37 et la portion radiale 35b.
Les disques 36 et 37 comprennent chacun deux ergots 41, 42 en
saillie radialement vers (extérieur, diamétralement opposés et disposés
chacun dans une lumière 5 de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur
1.
En fonctionnement, les disques 36 et 37 sont angulairement
solidaires avec l'élément extérieur 1 en raison de la présence des ergots
41, 42 qui empêche ainsi tout déplacement angulaire par rapport aux
lumières 5. Les disques 36, 37 sont donc fixes alors que les éléments
latéraux 34, 35 sont tournants. Le contact de friction entre les disques
fixes et éléments tournants par (intermédiaire des disques ou revêtements
de friction 39, 40 crée donc un couple résistant.
La rondelle élastique 38 maintient en~permanence un effort axial
tendant à écarter les disques 41 et 42 et assurant ainsi la friction des
disques ou revêtements de friction 39 et 40 sur les surfaces
correspondantes des portions radiales 34b et 35b de la partie tournante 33a
de l'organe de freinage 33.
Le moyen de freinage se présente ainsi sous la forme d'une
cartouche compacte disposée radialement entre (élément extérieur fixe 1
et l'élément intérieur tournant 8, dans le prolongement axial et à proximité
immédiate du roulement instrumenté.
La structure d'un tel moyen de freinage comporte de nombreux
avantages. Il est tout d'abord très compact. En outre, sa conception
modulaire rend aisée la modification de couple de frottement en jouant
simplement sur le nombre de disques, le nombre ou le type de rondelles
élastiques de précontrainte, ceci pouvant se faire sans variation
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importante de l'encombrement axial de la cartouche vu la faible épaisseur
des composants.
Le moyen de freinage peut générer, sous un faible
encombrement, un couple de friction important du fait de la multiplicité et
de l'importance des surfaces en contact de friction.
La structure de la cartouche de freinage permet de prérégler
facilement la précontrainte par construction ou par montage, et donc de
calibrer le couple de freinage.
Il suffit de déterminer la valeur de l'entrefer nécessaire entre les
deux portions radiales 34b et 35b en fonction de la précontrainte désirée.
Cette valeur d'entrefer est ensuite obtenue facilement lors du
montage des deux éléments 34 et 35 sur l'élément intérieur 8. Il suffit de
régler la course d'emmanchement de ces deux éléments ou bien encore de
prédéfinir la longueur des parties tubulaires 34a et 35a pour que l'entrefer
désiré soit obtenu lorsque les extrémités libres des deux portions
tubulaires viennent en contact l'une avec l'autre.
Ce couple de freinage restera particulièrement stable dans le
temps en fonctionnement du fait du peu d'usure dû aux surfaces de friction
importantes. Le fait que les efforts axiaux exercés sur le volant fixé sur
l'élément intérieur 8 ne modifient en rien le couple de freinage, constitue
un autre avantage de l'invention.
Enfin, un tel dispositif de cartouche de freinage est absolument
sans influence sur les roulements et n'est pas susceptible d'engendrer de
modification de jeu ou de précontrainte dans ces derniers.
Les différentes fonctions, notamment celles de roulement
assurées par les éléments roulants 12, de détection de paramètres de
rotation assurée par le bloc capteur 21 et de freinage assuré par l'organe de
freinage 33, sont réalisées par des moyens disposés dans un espace
annulaire limité radialement entre la portion tubulaire 2 de l'élément
extérieur 1 et la portion tubulaire 9 de l'élément intérieur 8 et axialement
entre la portion radiale 34a de l'élément 34 de l'organe de freinage 33 et la
surface frontale des bagues 14 et 15 opposée au bloc capteur 21.
Le montage des différents éléments peut s'effectuer en
emmanchant le roulement et l'organe de freinage 33 sur l'élément intérieur
8, puis en amenant l'élément extérieur 1 de la droite vers la gauche sur la
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figure 1, ce qui provoque l'emmanchement de la bague extérieure 14 dans
l'alésage 2a, le passage des terminaux filaires 27 et 28 dans les lumières 5
et le passage des ergots 41 à 42 également dans les mêmes lumières 5. On
vient ensuite fixer le capot 7 sur l'élément extérieur 1.
On remarquera que les lumières 5, qui peuvent être en variante
au nombre différent de deux, assurent à la fois le passage des câbles 28 et
29 et la solidarisation angulaire de la partie non tournante 33b de l'organe
de freinage 33 et de l'élément extérieur 1. Les différents éléments sont
tous de forme simple. Le roulement peut être de type standard et donc très
bon marché. L'organe de freinage peut être fabriqué à partir de pièces en
tôle également bon marché.
A la place des terminaux filaires 27 et 28, on pourrait prévoir un
connecteur issu directement du bloc capteur 21. La rondelle élastique 38
maintient en permanence un effort axial tendant à écarter les disques 41 et
42 et augmentant la friction des disques ou revêtements de friction 39 et 40
sur les surfaces correspondantes de la partie tournante 33a de l'organe de
freinage 33.
Bien entendu, on pourrait prévoir d'inverser la disposition de
l'organe de freinage, avec des disques et des revêtements de friction
solidaires des éléments 34 et 35, ou encore en inversant la partie tournante
et la partie non tournante. On pourrait encore prévoir un élément extérieur
1 tournant et un élément intérieur 8 non tournant. Si le diamètre de
l'élément intérieur est faible, il peut être réalisé à partir d'une pièce
pleine, du genre tige cylindrique, en matériau métallique ou synthétique.
Dans ce dernier cas, ledit élément intérieur pourra être réalisé de façon
monobloc avec d'autres pièces.
Ce palier à roulement freiné est particulièrement simple et
économique à réaliser. Il est parfaitement modulaire et on peut, dans le
même encombrement, en changeant simplement la rondelle élastique 38,
obtenir un couple de freinage plus ou moins élevé. Il est également
possible de modifier le matériau des disques ou des revêtements de
friction pour modifier le couple de friction résultant.
On peut également jouer facilement sur le nombre de disques ou
de rondelles de précontrainte pour modifier le couple de freinage sans
pour cela modifier considérablement l'encombrement axial du dispositif.
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Le couple résistant généré par le dispositif de freinage peut être élevé sous
un encombrement réduit. Ce couple est parfaitement calibré par
construction et est particulièrement stable dans le temps, car la faible
usure de l'organe des éléments influe très peu sur le couple résistant.
5 L'ensemble du palier à roulement freiné se présente sous la forme d'une
cartouche peu susceptible de perdre des pièces et protégeant
convenablement les éléments les plus fragiles.
Dans les exemples illustrés, le bloc capteur 21 est situé entre les
éléments roulants 12 et l'organe de freinage 33. Il est bien sûr
10 envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, de concevoir un
dispositif dans lequel le bloc capteur est disposé d'un côté de la rangée
d'éléments roulants 12 et l'organe de freinage est disposé axialement de
(autre côté de ladite rangée. Dans ce cas, l'organe de freinage 33 n'est plus
axialement adjacent au bloc capteur comme sur la figure 1, mais est
axialement adj acent aux éléments roulants 12.
On pourrait bien entendu prévoir une cartouche dans laquelle le
dispositif de détection des paramètres de rotation n'est pas monté sur les
bagues de roulement mais à côté de celles-ci, par exemple en contact
direct avec les éléments extérieur 1 et intérieur 8. On pourrait prévoir de
n'utiliser qu'un seul élément de détection et un seul terminal filaire.
