Brevet FR2480889A1 — publié le 19811023

-1- Cette invention concerne un dispositif élastique à tension constante dont la fonction essentielle est de maintenir une tension prédéterminée donnée dans la cour- roie d'accessoires d'un véhicule automobile. Le dispositif conforme à l'invention n'est toutefois pas limité à cet usage particulier, mais peut être utilisé comme disposi- tif élastique à charge constante dans tout contexte o il est nécessaire de maintenir une force constante sur une gamme limitée de mouvement. On peut citer à titre d'exem- ple les supports de canalisation dans les grandes cen- trales électriques, o il est nécessaire de soumettre les canalisations à une force de levage constante. Dans les moteurs des automobiles modernes, le vilebrequin entraîne normalement premièrement une pompe pour la servodirection, deuxièmement l'alternateur ou générateur, troisièmement un compresseur de conditionne- ment d'air, et quatrièmement une pompe à eau. Dans cer- tains agencements, une seule courroie engrène sur plu- sieurs poulies, chaque poulie étant solidaire d'un des accessoires qui viennent d'être énumérés. Les concepteurs estiment souhaitable de fixer la tension de la courroie de manière que cette tension soit maintenue en permanence. Si la tension diminue, le glissement entre la courroie et les diverses poulies augmente, ce qui peut conduire à une augmentation de l'usure de cette courroie. Par contre, si la tension augmente, l'usure des roulements des dis- positifs accessoires peut augmenter. La longueur de la courroie se modifiant avec la température, l'humidité et le vieillissement, la tension de cette courroie se modi- fie également, et on a recherché des procédés ou des dis- positifs permettant de maintenir la tension de courroie souhaitée. On connaît un certain nombre de tels disposi- tifs qui ne se sont toutefois pas révélés satisfaisants pour une raison ou une autre. -2- L'une des premières difficultés à maintenir la tension de la courroie d'accessoires tient au comporte- ment des matériaux ou dispositifs élastiques. La plupart des matériaux ou dispositifs (élastomère, ressort bobi- né ou analogue) ont un comportement connu pour suivre la loi de Hooke. Cette loi établit que la force de rappel qu'exerce un élément élastique déformé est proportionnel- le à la déformation (déplacement) de l'élément. Ainsi, si un ressort bobiné est comprimé sur un centimètre, la force de compression sera égale à un pourcentage fixe de celle qui est nécessaire pour comprimer le ressort sur deux centimètres. Un élément élastique présente donc en général une caractéristique force/déplacement qui n'est pas adaptée pour un dispositif à tension constante. Dans le passé, on a souvent eu recours à des systèmes à levier ou analogue pour établir une force élastique constante ou pratiquement constante. Conformément à l'invention, une force constante ou un dispositif élastique à tension constante peut être établi(e) à l'aide d'un agencement spécial de un ou plu- sieurs anneaux en élastomère en combinaison avec une tige et un cylindre. Les anneaux en élastomère sont placés à l'intérieur du cylindre. Une butée d'appui fixe la posi- tion normale de l'anneau dans le cylindre. Une tige tra- verse l'anneau et comporte un épaulement qui vient en butée contre cet anneau. Le dispositif est monté de telle sorte que le mouvement de la tige par rapport au cylindre tend à déformer l'anneau autour de son axe circulaire. Le mouvement de la tige se poursuivant, le passage au- delà d'un point critique se traduit par une réponse plate sur une partie de la courbe charge/déflexion. Le dispo- sitif élastique conforme à l'invention fonctionne pour un déplacement entre tige et cylindre qui correspond à la partie plate de la courbe charge/déflexion. -3- On connaît des dispositifs élastiques qui uti- lisent des éléments annulaires ou toroîdaux en élasto- mère. On trouvera, par exemple, dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 2.819.060 (NEIDHART), la description d'un dispositif utilisant des anneaux ou tores en élastomère en combinaison avec des organes rigides coniques. D'autres exemples de ce type de dispositif sont décrits dans les brevets des Etats Unis d'Amérique 2.179. 259 (SCHROIDTER), 2.189.870 (SLUYTER) et 2.538.955 (EFROMSON). Sous l'in- fluence d'une charge, les éléments en élastomère sont déformés, la déformation se faisant également selon leurs axes longitudinal, toroldal. Mais la force principale s'exerçant sur ces éléments est une force de compression, les forces dues au cisaillement et à la torsion étant moindres. Par contre, dans le dispositif conforme à l'in- vention, la force principale qui s'exerce sur les éléments est une force de torsion, les forces de compression et de cisaillement étant moindres. La différence s'accentue encore en ce que, pour aucun de ces dispositifs, il n'est question d'un agencement particulier ou d'un procédé par- ticulier conduisant à l'établissement d'une force élas- tique de rappel constante sur au moins une gamme limitée de déplacement. Dans le domaine des montages élastiques, on connait un dispositif de support élastique qui se compose de cylindres intérieur et extérieur (correspondant à la tige et au cylindre extérieur du dispositif conforme à l'invention), et d'un anneau ou tore en élastomère placé entre les deux cylindres. On trouvera la description d'un exemple de montage ou joint avec caoutchouc dans le bre- vet des Etats Unis d'Amérique 2.716.566 (THIRY). Mais de tels dispositifs ne fonctionnent pas au niveau de la partie plate de la courbe charge/déflexion du mouvement du cylindre intérieur par rapport au cylindre extérieur. -4- Cela est dû apparemment en ce que les inventeurs de ces dispositifs n'ont pas réalisé qu'il existe un point cri- tique dans le mouvement relatif entre cylindre inférieur et cylindre extérieur au-delà duquel, pour au moins une gamme limitée, la réponse est plate et peut conduire à la réalisation d'un dispositif à tension constante. Par ailleurs, un grand nombre des montages élastiques de ce type exigent une prédistorsion ou une précompression im- portante de l'organe élastomère entre cylindres intérieur et extérieur, lors de l'assemblage et avant la charge. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la suite de la description qui se réfère aux dessins annexés re- présentant: - figure 1, une vue en plan d'un dispositif élas- tique à tension constante conforme à l'invention, - figure 2, une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1, - figure 3, une courbe charge/déflexion pour le dispositif élastique des figures 1 et 2, figures 4, 5 et 6, une vue fragmentaire du cylindre, des anneaux élastomères et de la tige du dispo- sitif de la figure 2, illustrant la déformation subie par l'anneau élastomère inférieur en raison du mouvement de la tige par rapport au cylindre, - figure 7, une vue schématique illustrant l'u- tilisation du dispositif à tension constante conforme à l'invention, dans une automobile o le vilebrequin est accouplé à un certain nombre de dispositifs accessoires par l'intermédiaire d'une courroie souple unique. On a référence en 10 sur les dessins le dispo- sitif à tension constante conforme à l'invention, lequel comporte une enveloppe cylindrique droite 12 pourvue in- térieurement, entre ses extrémités, de deux supports -5- annulaires 14 saillant intérieurement. On a référencé en 16 un axe de pivotement qui traverse la partie inférieure du cylindre 12 ainsi que des ouvertures complémentaires pratiquées dans les parois 20 d'un levier de blocage 18 en forme de U. Sont également pratiquées dans les parois de ce levier des ouvertures en alignement 22 permettant de fixer le dispositif sur un support, dans le comparti- ment moteur d'un véhicule automobile. Le levier 18 peut être effilé comme on l'a in- diqué en 24. On a référencé en 30 une tige dont la partie inférieure 32 est de plus petit diamètre et forme, avec le corps de la tige, un épaulement de butée 34 à la partie inférieure de cette tige. Par ailleurs, la partie supé- rieure 36 de la tige est de plus grand diamètre et forme, avec le corps, un épaulement de butée 40. Une ouverture 42 est pratiquée dans la partie de plus grand diamètre 36, permettant la fixation du dispositif sur une partie du compartiment moteur. On a référencé en 46 et 48, respectivement, des éléments annulaires en élastomère supérieur et inférieur. Chacun de ces éléments annulaires repose sur un support ou butée intérieure 14, le corps de la tige 30 traver- sant une ouverture centrale de l'élément annulaire supé- rieur 46 et sa partie inférieure 32 traversant une ouver- ture centrale de l'élément annulaire inférieur 48. De ce fait, les épaulements de butée 40 et 34 viennent respec- tivement en contact avec les éléments 46 et 48. Ces élé- ments annulaires en élastomère ne sont pas rendus soli- daires de la surface interne du cylindre 12. On se reportera maintenant figure 3 ainsi que figures 4, 5, 6 pour décrire le fonctionnement du dispo- sitif conforme à l'invention lorsque la tige 30 est dé- placée vers le bas dans le cylindre 12, à partir de la position illustrée figure 2. Le rôle de l'élément annu- -6- laire 46 est le même que celui de l'élément annulaire 48. Dans la partie AB de la courbe illustrée figure 5, le comportement du dispositif est similaire au comportement qu'établit la loi de Hooke lors d'un mouvement relatif des deux éléments principaux du dispositif. Autrement dit, la charge s'accroissant, la déflexion résultante (mouvement descendant de la tige 30 dans le cylindre 12) s'accroit d'une manière sensiblement linéaire. Ce qui signifie que la déflexion est d'autant plus grande qu'est plus grande la force de charge de l'élastomère. On a illus- tré figure 5 la forme prise par l'élément annulaire infé- rieur 48 en un point correspondant au point B de la figure 3. Donc, pour le déplacement entre la position nor- male ou position de repos de la figure 4 et la position de déformation illustrée figure 5, obtenue par un mouve- ment descendant de la tige 30 dans le cylindre 12, la re- lation entre la force de charge de l'élastomère et la déflexion de la tige 30 est telle qu'illustrée par la par- tie AB de la courbe. Le mouvement de la tige 30 se poursuivant dans le cylindre 12, la distorsion de l'élément annulaire 48 se poursuit. L'élément annulaire poursuit son mouvement qui résulte d'une combinaison entre un mouvement descen- dant et un mouvement de torsion ou de rotation autour de son axe circulaire. Au cours de ce mouvement, la butée intérieure 14 maintient toujours la partie inférieure de l'élément 48 dans la position illustrée figure 2. La dé- formation que l'on a illustrée figure 6 est le résultat d'un mouvement tournant de l'élément et d'un mouvement limité de glissement dans le cylindre 12. La principale force exercée par l'épaulement 34 est une force de ten- sion, s'accompagnant de forces moindres dues à la com- pression et au cisaillement de l'élastomère. On notera que la partie BC de la courbe de la -7- figure 3 définit la gamme d'application ou de fonctionne- ment du dispositif des figures 1 et 2. Autrement dit, entre les points B et C, la force exercée par les éléments en élastomères 46 et 48 sur la tige 30, tendant à ramener cette tige vers la position illustrée figure 2, est pra- tiquement indépendante du déplacement de cette tige dans le cylindre 12. La courbe charge/déflexion est sensible- ment plate dans la zone BC. Au-delà du point C de la cour- be de la figure 3, la poursuite du mouvement descendant de la tige 30 dans le cylindre 12 se traduira par une plus grande déformation des éléments annulaires en élas- tomère, et la courbe de la figure 3 reprend alors une pente ascendante. On se reportera maintenant à la figure 7 qui illustre un agencement des dispositifs accessoires dans une automobile, utilisant un dispositif dont le comportement est illustré par la partie BC de la courbe de la figure 3. Le dispositif à charge constante 10 conforme à l'invention est représenté schématiquement figure 7 avec une de ses extrémités fixée sur un élément de châssis dans le compartiment moteur, ltautre extrémité étant fixée sur un support pivotant sur lequel est monté l'alterna- teur. On a dit précédemment qu'une tension de courroie souhaitée de 55 kg par exemple varie normalement en rai- son d'un raccourcissement ou d'un allongement de cette courroie dû à son vieillissement, à des variations de température, d'humidité, etc... Grâce à l'invention tou- tefois, premièrement toute augmentation de la longueur de courroie, qui se traduit normalement par une diminution de sa tension, sera compensée par le mouvement du dis- positif à tension constante 10, et ce mouvement addition- nel, se situant dans la partie BC de la courbe charge/ déflexion ne se traduira pas par une modification de la force exercée sur la courroie par le dispositif, -8- deuxièmement toute diminution de la longueur de courroie provoquant un mouvement du dispositif 10 se situant dans la partie BC précitée ne se traduira pas, de même, par une modification de la tension de courroie. La déformation par mouvement tournant ou'de torsion des éléments annulaires 46, 48 est due à la façon dont ils sont placés dans le cylindre 12 et à l'emplace- ment des épaulements de butée 34, 40. Pour que les élé- ments en élastomère puissent subir cette déformation par torsion, il est nécessaire que le diamètre minimum des butées annulaires 14 soit plus grand que le diamètre maximum des épaulements de butée 40, 34. Par ailleurs, les butées annulaires 14 et les épaulements 34, 40 doi- vent être, pour chaque élément annulaire en élastomère, axialement espacés les uns des autres. Les éléments an- nulaires, quant à eux, ne doivent pas être rendus soli- daires du cylindre 12 pour qu'ils puissent être entrai- nés en mouvement de torsion ou tournant comme illustré sur les figures. En position normale ou hors charge (figure 2), les éléments en élastomère ne sont ni com- primés, ni déformés. On peut utiliser, pour le dispositif conforme à l'invention, un grand nombre de matériaux élastomères. Le type d'élastomère utilisé, les dimensions du dispo- sitif dépendront de l'application envisagée. On définira par des essais le point critique B correspondant au dé- but de la partie BC de la courbe charge/déflexion. On peut choisir, comme point normal de fonctionnement, le point milieu du segment BC, pour que la force reste cons- tante quelle que soit la déformation subie par la cour- roie: allongement ou raccourcissement. Le dispositif est donc initialement comprimé lorsqu'il est monté dans un système tel que celui représenté figure 7 de manière que son point de fonctionnement se situe sur la partie -9- plate de la courbe de la figure 3. Dans un exemple de réalisation conforme à l'in- vention, la longueur du cylindre 12 est de l'ordre de 12,70 cm, son diamètre de l'ordre de 2,54 cm et ce cylin- dre est constitué par une feuille métallique. La distan- ce entre les points 16 et 22 est de l'ordre de 3,30 cm, les points 42, 16 et 22 se situant l'un par rapport aux autres de manière à constituer une articulation. Les éléments annulaires en élastomère ont environ 1,27 cm d'épaisseur. Lorsqu'il est monté tel qu'illustré figure 7, le dispositif tendeur 10 est préconditionné de telle sorte que les éléments annulaires en élastomère sont déformés tel qu'illustré figure 6 pour définir un point de fonctionnement initial du dispositif correspondant au point milieu de la partie plate de la courbe charge/ déflexion. Le dispositif tendeur exerce une force sur la corroie, par l'intermédiaire d'un support pivotant d'alternateur comme on l'a illustré. Tel que représenté figure 2, le dispositif tendeur n'est bien entendu pas déformé, ni monté dans un système quelconque; mais son rôle d'articulation est toutefois mis en évidence. -10- REVENDICATIONS 1. Procédé d'utilisation d'un dispositif élas- tique permettant d'établir une force constante sur au moins une gamme limitée de déflexion, le dispositif élastique se composant d'une enveloppe cylindrique (12) dans laquelle se trouve au moins un élément annulaire (46, 48) en élastomère, l'enveloppe cylindrique compor- tant une butée annulaire interne (14) pour maintenir la périphérie extérieure d'une extrémité de l'élément annu- laire dans une position fixe par rapport à cette enveloppe et à l'encontre de forces exercées dans un sens, le dis- positif comportant également une tige de charge (30) pourvue d'un épaulement (40, 34) venant en butée contre la périphérie intérieure de l'autre extrémité de l'élé- ment annulaire, le diamètre de ladite surface de butée annulaire interne étant supérieur audit épaulement de la tige, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste a) à repousser la tige (30) contre l'élément annulaire (46, 48) en élastomère pour repousser cet élément annulaire contre la butée annulaire (14) et pro- voquer sa déformation avec une courbe charge/déflexion qui suit normalement, au moins initialement, la loi de Hooke, b) à continuer d'exercer la force de poussée par l'intermédiaire de la tige (30) jusqu'en une zone correspondant à une partie sensiblement plate de la cour- be charge/déflexion, la charge dans cette zone étant pratiquement indépendante de la déflexion, et l'élément annulaire en élastomère (46, 48) subissant une torsion autour de son axe circulaire, c) à faire fonctionner le dispositif élastique (10) dans la zone précitée qui correspond à une partie sensiblement plate de la courbe charge/déflexion, de - 11_ sorte que ce dispositif peut être utilisé pour maintenir une tension appropriée dans une courroie d'entraînement des accessoires associés à un moteur à combustion interne, sensiblement indépendante des variations de la longueur de cette courroie dues à son vieillissement, à des varia- tions de température ou d'humidité. 2. Dispositif élastique à tension constante pour la courroie d'entraînement des accessoires associés au moteur d'une automobile, comportant une enveloppe cy- lindrique (12) dans laquelle se trouve au moins un élé- ment annulaire (46) en élastomères la face extérieure de cet élément annulaire en élastomère étant en contact avec la face intérieure de l'enveloppe cylindrique, cette der- nière comportant une butée annulaire (14) en contact avec l'élément annulaire de manière à maintenir la péri- phérie extérieure d'une de ses extrémités dans une posi- tion fixe par rapport à cette enveloppe et à l'encontre de force exercées dans un sens, le dispositif qui compor- te également une tige de charge (30) pourvue d'un épau- lement (40) venant en butée contre la périphérie inté- rieure de l'autre extrémité de l'élément annulaire, et qui est conçu de telle sorte que le diamètre de l'épaule- ment (40) de la tige (30) est plus petit que le diamètre de l butée annulaire (14), étant caractérisé en ce que, sous sa forme normale hors charge, l'élément annulaire (46) en élastomère n'est pratiquement pas comprimé, en ce que sa face latérale n'est pas rendue solidaire de l'enveloppe cylindrique (12) de sorte qu'elle peut se déplacer par rapport à la surface intérieure de cette enveloppe cylindrique, le mouvement de l'épaulement (40) de la tige dans la direction de la butée annulaire (14) provoquant un mouvement de torsion de l'élément annulaire autour de son axe circulaire jusqu'à atteindre un point se situant sur une partie plate de la courbe charge/ -12- déflexion du dispositif, le point de fonctionnement de ce dernier étant ainsi amené sur cette partie plate de la courbe charge/déflexion, ce qui permet de maintenir sous tension constante là courroie d'entraînement des accessoires précitée quelles que soient les variations de longueur de cette courroie dues à son vieillissement, à des variations de température ou d'humidité. 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que l'épaulement (40) est formé sur le corps de tige (30) lui-même. 4. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comporte un deuxième élément annulaire (48) en élastomère monté dans l'enveloppe cylindrique (12), axialement espacé du premier élément annulaire (46) en élastomère, et dont la position est de même limitée par une deuxième butée annulaire (14) intérieure à l'en- veloppe, la tige (30) présentant, outre le premier épau- lement (40), un deuxième épaulement (34) dont le diamètre est également plus faible que le diamètre de la butée annulaire (14) correspondante, le deuxième élément annu- laire et le deuxième épaulement ayant la même conception et le même rôle que le premier élément annulaire et le premier épaulement. 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les deux épaulements (40, 34) sont for- més sur le corps de la tige (30) qui est donc constituée par des parties de tige dont les diamètres sont progres- sivement réduits.