Brevet FR2483034A1 — publié le 19811127

La présente invention concerne une courroie trapé- zoidale dentée, stratifiée et à bords non traités, comportant une section intérieure de compression, une section extérieure de tension et une section intermédiaire de support de charge. L'invention décrit également un procédé de fabrication d'une telle courroie. Parmi les nombreux problèmes qui se posent lors de la réalisation de courroies trapézoïdales, il convient de faire ressortir le besoin permanent d'établir un compromis entre la résistance maximale à l'usure et un degré élevé de flexi- bilité. Lorsque les poulies sont d'un diamètre relativement réduit ou lorsque le degré élevé de flexibilité est un facteur important, on préfère fréquemment des courroies dentées aux courroies trapézoïdales classiques. Les courroies dentées sont connues depuis de nombreuses années, comme on peut le consta- ter en se référant aux brevets US 1 611 829, 2 631 463 et 3 464 875. Par ailleurs, des courroies stratifiées fournissent en général une meilleure résistance à l'usure que les cour- roies dentées. Les courroies stratifiées sont confectionnées, en partie ou en totalité, d'une série de stratifications ou couches d'étoffe et/ou de caoutchouc contenant une série de fibres individuelles de raidissement alignées réparties dans les couches. Les courroies de ce type général sont décrites dans les brevets US 3 416 383 et 3 478 613. Dans le brevet US 4 024 773 on a décrit une courroie stratifiée comprenant plusieurs couches d'étoffe définissant la section de compres- sion, les couches d'étoffe ayant des épaisseurs différentes. Bien qu'une telle construction procure une bonne résistance à l'usure et une forte résistance mécanique transversale, elle ne possède pas le degré voulu de flexibilité. L'industrie est à la recherche d'une courroie trapé- zoidale surtout pour des mécanismes d'entraînement utilisés en agriculture et dans les applications industrielles diffi- ciles, courroie qui combine les caractéristiques d'une cour- roie stratifiée et d'une courroie dentée, c'est-à-dire possé- dant à la fois un degré élevé de flexibilité et une bonne résistance à l'usure. Les courroies dentées stratifées sont également connues. Les brevets U.S. 2 210 073 et 2 281 148 décrivent des courroies stratifiées moulées à enroulement présentant des rainures transversales dans le bas de la cour- roie. Ces rainures sont relativement peu profondes, leur pro- fondeur étant en général inférieure à l'épaisseur de l'enve- loppe en étoffe, ce qui contribue à une flexibilité supplémen- taire relativement peu importante de la courroie. Le brevet U.S. 3 464 875 décrit une courroie trapézoïdale dentée à bords non traités et comprenant d'une à six couches d'étoffe pour définir la partie la plus extérieure, c'est-à-dire la partie dentée de la section de compression. Ces couches mul- tiples d'étoffe améliorent les caractéristiques de résistance à l'usure et de durée d'utilisation de la courroie, en rédui- sant la tendance à la fissuration au pied de chaque dent. Ces couches multiples d'étoffe n'introduibsent qu'assez peu de rigidité transversale dans la courroie à 14 section portant la charge ou au voisinage immédiat de cette section. D'autre part, avec l'augmentation du nombre et/ou de l'épaisseur des couches d'étoffe, la capacité de formation de dents diminue. La présente invention a pour objet une courroie dentée stratifiée d'un type nouveau et un procédé de production d'une telle courroie dentée stratifiée. Pour réaliser les objectifs indiqués, l'invention crée, d'une part, une courroie caractérisée en ce que la section de compression comprend une première couche d'une matière élasto- mère adjacente-et liée à la section portant la charge, une série de premières couches d'étoffe d'une épaisseur notable en position adjacente et liées à la première couche élasto- mère et une partie dentée adjacente et liée aux premières couches d'étoffe, courroie dans laquelle la partie dentée comprend une série de secondes couches d'étoffe ayant chacune une épaisseur plus faible que l'épaisseur de chacune des pre- mières couches d'étoffe, l'une des secondes couches d'étoffe définissant la surface intérieure de la courroie, le restant des secondes couches d'étoffe étant disposé à l'intérieur par rapport à ladite couche superficielle intérieure, la partie dentée comprenant en outre une couche d'une matière élasto- mère disposée entre les secondes couches d'étoffe et les premières couches d'étoffe. La profondeur des dents dans la partie dentée est avantageusement comprise entre environ 2 et 10 fois l'épaisseur totale des secondes couches d'étoffe. Pour aboutir aux objectifs indiqués, l'invention crée également un procédé caractérisé en ce qu'il consiste à en- rouler une ou plusieurs couches d'étoffe autour d'un moule denté; à enrouler une couche d'une matière élastomère autour des premières couches d'étoffe; à enrouler une série de cou- ches d'une étoffe relativement plus épaisse autour de la couche élastomère; à enrouler une autre couche de matière élastomère autour des couches d'étoffe relativement plus épaisses; à placer une section de support de charge autour de la couche élastomère et une section de tension autour de la section de support de charge; à faire durcir l'ensemble; et à découper des courroies individuelles à partir de cet ensemble durci. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'oh et de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 représente la courroie trapézoidale dentée, stratifiée du type nouveau selon l'invention. La fig. 2 représente l'assemblage des diverses couches de la courroie sur un mandrin denté. La fig. 3 représente le stade de découpage des cour- roies individuelles à partir de l'ensemble durci. La figure 1 représente une courroie 10 qui comprend une section de tension 12, une section de compression 14 et une section porte-charge 16 entre les sections 12 et 14. La courroie 10 est connue des spécialistes et est appelée cour- roie trapézoïdale à bords non traités; on entend par là que les bords d'entrainement non parallèles 18 et 20 ne sont pas recouverts et la courroie 10 présente une forme trapézoïdale. La section de tension 12 de la courroie est composée de plusieurs douches et, en particulier, une couche 22 en matière élastomère et au moins une couche d'étoffe 24. La couche d'étoffe 24 présente une surface qu'on peut considé- rer comme une surface extérieure exposée définissant la sur- face extérieure 26 de la courroie 10. La section porte-charge 16 peut être confectionnée en une ou plusieurs matières appropriées d'un type quelconque et elle comprend, dans l'exemple représenté, un câble porte- charge enroulé en hélice 28 qui est noyé dans une matrice élastomère 30, par exemple une matrice en caoutchouc "Néoprène", pour former des coussins sur les côtés opposés du câble 28 et sur tout le pourtour de ce cable. Le câble porte-charge enroulé en hélice 28 peut être construit en un matériau approprié quel- conque connu des spécialistes. De même, la matrice élastomère ou coussin 30 peut être confectionné en une matière appropriée quelconque qui est compatible avec les matières servant à défi- nir la section de compression 14 comme on le verra plus loin et la couche 22 de la section de tension 12 afin, d'assurer une liaison tenace entre elles. On conçoit également qu'au lieu d'un câble'porte-charge enroulé en hélice 28, on pourrait uti- liser d'autres moyens appropriés pour porter la charge dans la courroie 10. La section de compression 14 de la courroie 10 comprend plusieurs couches parmi lesquelles une couche 32 en une matière élastomère, plusieurs couches 34 d'une épaisseur assez impor- tante, une couche 36 en matière élastomère et plusieurs cou- ches d'étoffe 38 dont l'épaisseur est plus faible que celle de l'étoffe 34. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la section de compression comprend sept couches d'étoffe 34 et trois couches d'étoffe 38, l'une des couches 38 ayant une surface pouvant être considérée comme une surface extérieure exposée qui définit la surface intérieure 40 de la courroie 10. -La section de compression 14 comprend également une série de dents définies par des saillies 44 et des creux 46 en alternance. La profondeur des creux, c'est-à-dire la pro- fondeur des dents, est indiquée par la référence 48 et peut 2483034- être comprise entre environ 2 et 10 fois l'épaisseur totale des couches d'étoffe 38, comme il est indiqué par la réfé- rence 50. A l'heure actuelle on préfère pour des raisons de flexibilité de la courroie 10 que la profondeur 48 des dents soit d'au moins 3 fois et jusqu'à 8 fois environ l'épaisseur de l'étoffe. Les couches élastomères 32 et 36 peuvent comporter chacune une série de fibres 42 dispersées de façon homogène et noyées dans l'élastomère. Les fibres 42 peuvent être en une matière appropriée quelconque, par exemple en nylon, en coton, en polyester, en rayonne, en aramide ou une matière analogue, ainsi que des mélanges de ces matières. Chaque fi- bre 42 présente un diamètre sensiblement compris entre 25 et microns et une longueur comprise entre environ 25 microns et plusieurs centimètres. Les fibres 42 peuvent être incorpo- rées dans la matière élastomère en une proportion comprise entre environ 1 et 40% par rapport au poids de la matière élastomère. Les fibres 42 sont dispersées d'une façon sensi- blement uniforme dans toute la matière élastomère et pourtant elles sont disposées sur un mode statistique en un nombre sen- siblement infini de plans, de sorte que les couches de la courroie chargées de fibres ne comprennent pas de plans de cisaillement clairement définis parallèles à la section porte-charge 16. Chaque fibre 42 est sensiblement parallèle à chaque seconde fibre 42 dans la couche élastomère; les cou- ches élastomères chargées de fibres sont agencées de manière que le sens d'orientation des fibres 42 fasse un angle sensi- blement de 90 avec la dimension longitudinale ou l'axe de la courroie. Eventuellement, les fibres 42 pourraient être disposées suivant des angles différents. Comme il a été précédemment mentionné, la courroie 10 comprend un câble porte-charge 28 qui est continu et enroulé en hélice. Ce câble 28 peut être construit en une matière appropriée quelconque, telle que les fibres aramides, le - nylon, les fibres de verre, un polyester ou similaire. Les couches élastomères 22,32 et 36 peuvent également contenir du graphite dispersé dans la masse sur un mode homogène pour réduire ainsi le coefficient de frottement, sur les côtés 18 et 20 de la courroie 10, lors du contact avec la poulie associée. Quand on utilise du graphite dans une matière élastomère formant l'une des couches élastomères de la courroie, le poids du graphite dans chaque couche représente grossièrement environ 10 à 30% du poids de la ma- tière élastomère. Les couches d'étoffe 34 présentent chacune la même épaisseur qui est importante quand on la compare à l'épais- seur des couches d'étoffe 38. Les couches d'étoffe 38 pré- sentent une épaisseur qui est grossièrement la moitié de celle des couches d'étoffe 34. On peut également classer les couches d'étoffe par leur poids par surface unitaire normali- sée. Une étoffe pesant approximativement 112 à 224 g peut être utilisée pour les couches 38 et aussi pour la couche 24, alors que,pour les couches d'étoffe 34, il convient d'utili- ser une étoffe dont le poids approximatif est de 280 à 392 g. Chaque couche d'étoffe 24,34 ou 38, indépendamment de son épaisseur ou de son poids, est une couche de frottement et, comme le savent bien les spécialistes, elle peut être confectionnée par un procédé approprié quelconque tel que le calandrage, selon lequel on force un composé élastomère dans les espaces entre les fils de l'étoffe, comme par exemple les fils de chaîne et les fils de tramelorsque l'étoffe est un tissu, tout en établissant une épaisseur notable d'élas- tomère de chaque côté de la couche. Avec une telle structure, on assure une liaison plus tenace entre les couches d'une courroie associée. Les couches de frottement comprennent un nombre considérable de fils ou de portions exposés sur les côtés non parallèles 18 et 20 de la courroie. Ces fils coo- pèrent avec une matière anti-friction incorporée dans les couches élastomères pour régler le coefficient de frottement sur les côtés de la courroie trapézoïdale. Les couches 24,34 et 38 peuvent être en une étoffe appropriée quelconque, notamment une étoffe non tissée, une étoffe tissée à armure toile, une étoffe tissée en biais, une étoffe tricotée, une étoffe libérée de contraintes, etc. On peut confectionner la courroie 10 par une technique quelconque bien connue des spécialistes. Par exemple, on peut préparer un manchon par assemblage successifs des diverses couches de matières, faire durcir ce manchon et ensuite le découper en produits finis. Si l'on se réfère à la figure 2, les composants de la courroie sont assemblés sur un mandrin cannelé 52 présentant une multitude de rainures 54 et de saillies 56 qui correspondent aux saillies 44 et aux creux 46 respectivement dans la courroie terminée. Le mandrin 52 peut être entièrement métalliquecomme il est représenté, ou bien il peut être lisse et on peut utiliser alors une matrice élastomère rainurée pour former les dents de la courroie. Pour préparer le manchon, on commence par enrouler de deux à six couches d'étoffe 38 autour du mandrin 52. Eventuellement, ces couches d'étoffe peuvent être piquées, c'est-à-dire forcées partiellement ou complètement dans les rainures 54. Au second stade, on enroule une feuille de ma- tière élastomère 36 autour des couches d'étoffe 38. On enroule alors deux à dix couches d'étoffe 34 autour de la couche 36 de matière élastomère. Les stades suivants du pro- cédé selon l'invention sont l'enroulement d'une couche de matière élastomère 32 autour de l'étoffe 34 et l'enroulement d'une première couche d'un coussin élastomère 30A autour de la couche élastomère 32. - Au stade suivant, on place le câble de résistance 28 autour de la couche formant coussin-30A. On fait tourner le câble autour de la périphérie de l'ensemble sur le mode héli- coldal. On applique le câble 28 sous une tension élevée qui est d'environ cinq fois la tension normalement appliquée aux câbles des courroies quand on les emploie pour la fabrication des courroies. La tension axiale vers l'intérieur appliquée par le mouvement giratoire du câble 28 oblige les diverses matières précédemment assemblées sur le mandrin 52 à s'écou- ler vers l'intérieur pour remplir ainsi, au moins partielle- ment, les rainures 54. A l'achèvement du stade d'enroulement, on place une seconde couche d'un coussin élastomère 30B sur le câble 28. ::48 01 ? 34: t -;: On fait suivre cette application du dépôt d'une couche 22 de matière élastomère et finalement de la couche d'étoffe 24. Le manchon assemblé est alors soumis à un procédé classique pour le vulcaniser ou le faire durcir d'une autre manière. Par exemple, on peut placer le manchon dans un moule différentiel et le soumettre à l'action de la vapeur d'eau qui fournit la pression et la température nécessaires pour achever le procédé de vulcanisation. Pendant ce stade du pro- cédé, on observe un écoulement supplémentaire de la matière élastomère à travers tout l'ensemble pour obtenir ainsi un manchon d'une construction parfaitement unitaire. La matière dans la section de compression 14 achève son écoulement pour définir la forme cannelée du mandrin 52. Les coussins élasto- mères 30A et-30B coulent ensemble pour entourer le câble 28 et le noyer et former ainsi une couche unitaire 30. On peut enlever le manchon du moule de vulcanisation et le découper en courroies individuelles comme on peut le voir sur la figure 3. Le procédé de découpage est classique et se fait suivant des lignes longitudinales telles que 58 et 60. Les expressions "élastomère" et "matière élastomère" qu'on utilise dans le présent mémoire désignent le caoutchouc aussi bien naturel que synthétique, mais aussi des matières plastiques qui ont été utilisées ou qui peuvent être utili- sées dans la construction de courroies sans fin de transmis- sion de puissance. Dans cette terminologie on englobe égale- ment les ingrédients de mélange et de liaison qu'on emploie normalement dans les mélanges de caoutchouc ou des mélanges d'une matière similaire au caoutchouc, en particulier les noirs de carbone, les agents de dilution, les ingrédients de vulcanisation, les anti-oxydants, les agents anti-ozone, etc. REVENDICAT IONS 1. Courroie trapézoïdale dentée, stratifiée et à bords non traités, comprenant une section intérieure de com- pression, une section extérieure de tension et une section porte-charge entre elles, caractérisée en ce que la section de compression (14) comprend une première couche d'une ma- tière élastomère (32) adjacente et liée à la section porte- charge (16), plusieurs premières couches d'étoffe (34) d'une épaisseur notable adjacentes et liées à ladite première cou- che élastomère (32), et une partie dentée adjacente et liée aux premières couches d'étoffe (34); la partie dentée com- prend plusieurs secondes couches d'étoffe (38) ayant chacune une épaisseur inférieure à celle des premières couches d'é- toffe (34), l'une des secondes couches d'étoffe (38) définis- sant la surface intérieure (40) de la courroie (10), le res- tant des secondes couches d'étoffe (38) étant disposé inté- rieurement par rapport à la couche de surface intérieure (40), et ladite partie dentée comprenant également une cou- che de matière élastomère (36) entre les secondes couches_ d'étoffe (38) et les premières couches d'étoffe (34). 2. Courroie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la profondeur (48) des dents dans la partie dentée est comprise entre environ 2 et 10 fois l'épaisseur totale (50) des secondes couches d'étoffe (38). 3. Courroie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'au moins l'une des couches élastomè- res (32,36) dans la section de compression présente une sé- rie de fibres en dispersion homogène (42) noyées dans l'é- lastomère. - 4. Courroie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque seconde couche d'étoffe (38) présente une épaisseur d'environ la moitié de celle des pre- mières couches d'étoffe (34). 5. Courroie selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend de deux à six couches de la seconde étoffe (38) et de deux à dix couches de la - première étoffe (34). 6. Courroie selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les fibres (42) font un angle d'envi- ron 90 avec l'axe longitudinal de la courroie. 7. Procédé de fabrication d'une courroie trapézol- dale, stratifiée et à bords non traités, comprenant une sec- tion intérieure de compression, une section extérieure de tension et une section porte-charge entre elles, caractérisé en ce qu'il consiste, successivement, à enrouler plusieurs couches d'une étoffe relativement mince autour d'un disposi- tif à surface de confection cannelée; à enrouler une première couche d'une matière élastomère autour desdites couches min- ces d'étoffe; à enrouler plusieurs couches d'une étoffe rela- tivement plus épaisse autour de la matière élastomère; à enrouler une seconde couche de matière élastomère autour des couches plus épaisses d'étoffe; à enrouler une première cou- che d'un coussin élastomère autour de la seconde couche de matière élastomère; à soumettre à un mouvement giratoire un câble de résistance autour du premier coussin; à enrouler une seconde couche de coussin élastomère sur le câble; à enrouler une couche de tension de matière élastomère autour de la seconde couche de coussin; et à enrouler une couche d'étoffe de tension sur la couche de tension élastomère pour obtenir un manchon assemblé; à faire durcir ce manchon assem- blé pour obtenir un manchon durci; et à découper au moins une courroie dans ce manchon durci. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le stade d'enroulement de l'étoffe relativement mince consiste en l'enroulement de deux à six couches de cette étoffe; et le stade d'enroulement de l'étoffe relativement plus épaisse consiste à enrouler de deux à dix couches de cette étoffe. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le stade d'enroulement de la première couche de matière élastomère autour des couches relativement minces d'étoffe consiste à enrouler une première couche de matière élastomère contenant en dispersion homogène une mul- titude de fibres individuelles noyées dans l'élastomère. 2483034- 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fibres dans la matière élastomère qui les contient sont orientées et en ce que ladite première couche est enrou- lée dans des conditions telles que les fibres orientées fas- sent un angle d'environ 90 avec l'axe longitudinal de la courroie résultante. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le stade d'enroulement de la seconde couche de matière élastomère consiste à enrouler une seconde couche de matière élastomère contenant en dispersion homogène une multitude de fibres individuelles noyées dans l'élastomère. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les fibres dans la seconde matière élastomère qui les contient sont orientées et en ce que ladite seconde couche est enroulée dans des conditions telles que les fibres orien- tées fassent un angle d'environ 900 avec l'axe longitudinal de la courroie résultante. 13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, ca- ractérisé en ce que le stade d'enroulement de l'étoffe rela- tivement plus épaisse consiste à enrouler une étoffe dont l'épaisseur est approximativement le double de celle de ladite étoffe relativement mince.