Brevet FR2607981A1 — publié le 19880610

MECANISME ELECTROMOTEUR D'ENTRAINEMENT ET DE REGULATION DE VITESSE, EN PARTICULIER POUR MACHINES A COUDRE INDUSTRIELLES, AVEC GARNITURE DE FREIN LOGEE DANS LA BAGUE D'ARMATURE. L'invention concerne un mécanisme électromoteur d'entraînement et derégulationde vitesse, en particulier pour machines à coudre industrielles, comprenant un moteur actionnable en permanence muni d'un volant à disque et un ensemble formant frein etembrayage relié au moteur, ce mécanisme comportant un disque de frein et d'embrayage équipé d'une bague d'armature, relié de façon non rotative à un arbre de sortie et susceptible d'être amené en contact de friction avec, au choix, un flasque de frein non rotatif comportant une surface de frein ou le volant disque qui présente une surface d'embrayage, une bobine embrayage et une bobine de frein étant prévues aux- -uelles est associée la bague d'armature munie d'une garniture de frein et d'une garniture d'embrayage. Un tel mécanisme est connu d'après le DE-OS-32 23 379 (correspondant au US-A-4.556.132). Il se produit, en particulier lors de l'utilisation de tels mécanismes pour des machines à coudre industrielles, des nombres d'enclen- chements extrêmement élevés qui font que l'ensemble formant frein et embrayage travaille en frottant en permanence soit du côté embrayage, soit du côté frein, c'est-à-dire avec un dégagement de chaleur important. Il en résulte que úes garnitures de frein et plus particuliè- rement les garnitures d'embrayage gonflent, c'est-à-dire se dilatent sous l'action de la chaleur. Ceci est parti- culièrement le cas pour les garnitures en liège installées pour des raisons de plus longue durée de vie. Pour avoir, après le gonflement de la garniture de frein et de la garniture d'embrayage un jeu d'embrayage suffisant et le cas échéant un jeu de frein suffisant, il faut régler le jeu d'embrayage et le cas échéant le jeu de frein à des valeurs relativement importantes sur un mécanisme froid. Il en résulte que, dans le cas de coups de frein brutaux, et également lorsque le disque de frein et d'embrayage passe de sa position contre le volant à disque à une position contre la butée de frein, il se produit des bruits de chocs. Pour supprimer ces derniers, il était prévu, dans le mécanisme d'après le document générique DE-OS-32 23 375 (correspondant au US-A 4 556 132) un organe de réglage thermiquement sensible pour régler automatiquement le jeu d'embrayage par glissement du volant à disque et du disque de frein et d'embrayage l'un par rapport à l'autre. Un tel réglage par un organe de réglage thermiquement sensible convient bien, à ce point de vue, pour résoudre le problème posé. Etant donné qu'il faut acheminer la chaleur de l'endroit o elle se dégage, en particulier entre garniture d'embrayage et surface d'embrayage sur le volant à disque, jusqu'à l'organe de réglage thermiquement sensible, des altérations, et en particulier une inertie certaine du système, sont inévi- tables. Le but de l'invention est de développer un mécanisme du genre précité qui permette d'obtenir avec des moyens structurels particulièrement simples, une suppression efficace des bruits d'impact lors du déclenchement d'un coup de frein. On atteint ce but dès lors que la garniture de frein est logée dans la bague d'armature de façon à servir d'amortisseur. Les bruits d'impact sont également supprimés ou amortis à l'endroit de leur création, c'est-à-dire que l'on diminue considérablement leur propagation comme bruits de structure. Les caractéristiques conformes à l'invention permettent de régler un jeu d'embrayage, sur un mécanisme froid, tel que, après gonflement de la gar- niture de frein et particulièrement de la garniture d'em- brayage, il subsiste un jeu d'embrayage suffisant pour permettre un fonctionnement régulier. Lorsque la garniture de frein est logée dans la bague d'armature au moyen d'au moins un élément élastique, l'impact de la garniture de frein sur la surface de frein est reporté sur un temps plus long, car il reste une dis- tance de quelques dixièmes de millimètre pour absorber l'impact. L'impact est également moins brutal. L'énérgie d'impact est absorbée de manière reversible, mais la durée d'impact est allongée. Lorsque la garniture de frein s'appuie sur la bague d'armature au moyen d'une rondelle élastique, on rend possible un appui élastique particulièrement ferme et efficace de la garniture de frein. Lorsque la garniture de frein s'appuie sur l'élé- ment élastique en ménageant un interstice élastique, le bruit de structure ne se propage qu'avec une faïble portée même dans le cas d'un appui élastique de la garniture de frein. Lorsque l'élément élastique s'appuie sur la bague d'armature en ménageant un interstice de pénétration, il reste encore une course élastique supplémentaire dans le cas d'impacts particulièrement brutaux. Si l'impact de la garniture de frein contre la surface de frein devait être si fort que la rondelle élastique vienne frapper la bague d'armature, les bruits correspondants seraient sensible- ment amortis en prévoyant des éléments d'amortissement entre l'élément élastique et la bague d'armature. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion découlent de la description suivante d'un exemple de réalisation à l'aide du dessin donné à titre d'exemple non limitatif, dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mécanisme conforme à l'invention qui se compose d'un moteur et d'un ensemble formant frein et embrayage; - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un détail de l'ensemble formant frein et embrayage à échelle agrandie par rapport à la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan d'un disque de frein et d'embrayage vu suivant la flèche III à la figure 2; la figure 4 est une vue partielle en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est une autre vue partielle en coupe suivant la ligne V-V de la figure 3. Le mécanisme représenté sur le dessin se compose d'un moteur 1 et d'un ensemble 2 formant embrayage et frein. Le moteur 1 comporte un boîtier 3 de stator sensi- blement cylindrique dans lequel est habituellement disposé concentriquement un stator formé par des enroulements de stator 4 et un empilage de tôles de stator 5. Un rotor 7 est de même disposé concentriquement sur l'axe longitudinal moyen 6, et est monté sur l'arbre 8 d'un moteur, lequel arbre est logé dans des flasques 9, 10. L'arbre 8 du moteur est logé dans un alésage de roulement 11 du flasque 10 opposé à l'ensemble frein et embrayage 2 au moyen d'un roulement 12 qui est un coussinet à billes axial et radial, la bague de roulement intérieure du roulement 12 s'appuyant contre un épaulement 14 de l'arbre 8 du moteur. De l'autre côté, axialement parlant, la bague de roulement extérieure 15 du roulement 12 s'appuie, par l'intermédiaire d'un ressort cylindrique de compression 16 pré-comprimé, contre une bague de butée 17 réalisée d'une seule pièce avec le flasque 10, de sorte que d'une part le roulement 12 est bloqué contre tout déplacement axial sur l'arbre 8 du moteur, mais que d'autre part, des mou- vements de réglage axiaux de l'arbre 8 du moteur sont possibles dans le cadre du jeu prédéterminé par le ressort 16. Le flasque 9 est réalisé d'une seule pièce avec un boitier sensiblement cylindrique 18. Les deux flasques 9,10 sont centrés sur le bottier 3 du stator au moyen de butées de centrage 19, 19a et sont réliés l'un à l'autre par des vis 20, formant ainsi un corps unique avec le boitier du stator. L'arbre 8 du moteur s'appuie de même, dans l'alésage de roulement 21 de ce palier 9, sur un roulement 22 réalisé comme un coussinet à billes radial et axial. La bague intérieure de roulement 23 du roulement 22 s'appuie également contre un épaulement 24 de l'arbre 8 du moteur, tandis que la bague de roulement extérieure 25 du roulement 22 s'appuie de l'autre côté, c'est-à-dire du côté opposé à l'ensemble 2, par l'inter- médiaire d'un ressort cylindrique de compression 26 pré- comprimé, contre un circlip 27 fixé dans l'alésage 21 de roulement et qui a la même fonction de butée que la bague de butée 17 dans le flasque 10. La fonction du ressort 26 consiste à solliciter la bague de roulement extérieure 25 du roulement 22 dans la direc- tion axiale pour éviter un développement du bruit. Quand la bague extérieure d'un roulement n'a pas d'appui, un tel roulement a tendance à vibrer et donc à générer du bruit. La force du ressort 26 doit être nettement plus faible que celle du ressort 16 pour ne pas neutraliser la fonction de ce dernier. Sur le tourillon 28 de l'arbre 8 du moteur, sur lequel est disposé le roulement 22, un volant à disque 29 est également bloqué de façon non rotative au moyen d'une liaison par ressort et rainure 30. Le volant à disque 29 a le côté d'extrémité libre de son moyeu 31 appuyé contre la bague de roulement intérieure 23 du roulement 22 et est serré solidement axialement contre la bague intérieure de roulement 23 au moyen d'un écrou 33 vissé sur un tourillon fileté 32 du tourillon 28, ce qui le bloque en même temps axialement vis-à-vis de l'ar- bre 8 du moteur. L'ensemble 2 formé par le rotor 7, l'arbre 8 du moteur y compris les roulements 12, 22 et le volant à disque 29, peut également coulisser dans la direc- tion de l'axe longitudinal moyen 6, le ressort placé dans la direction du coulissement, 16 ou 26 respectivement, exerçant une force de réaction. Le boitier 18 est fermé sur son côté opposé au moteur 1, par un flasque de frein 34 qui est centré par rapport au boîtier 18 par des nervures de centrage 35 et est ainsi disposé coaxialement sur l'axe 6. Le flasque de frein 34 est fixé au moyen de vis 36 à une bride corres- pondante 37 du boîtier 18. Un arbre de sortie 38 disposé coaxialement par rapport à l'axe longitudinal moyen 6 est logé, d'une part dans un alésage de roulement 39 du flasque de frein 34, d'autre part dans un alésage de roulement 40 ménagé dans le volant à disque 29, de façon à pouvoir tourner librement par rapport à ce dernier. L'arbre de sortie 38 est égale- ment logé dans les alésages de roulement 39, 40, par l'in- termédialre des roulements respectifs 41, 42 qui sont des coussinets à billes radiaux et axiaux. Un disque de freinage et d'embrayage 43 est monté de façon non rotative sur l'arbre de sortie 38 entre les roulements 41, 42. Le disque de freinage et d'embrayage 43 comporte une bague d'armature extérieure 44 en matériau magnétique. un disque élastique 45 est fixé dans la région de son bord extérieur à cette bague d'armature 44 au moyen de vis 46. Dans la région de son bord intérieur, le disque élastique 45 est fixé par des vis 47 à une bride annulaire 48 qui fait saillie radialement par rapport à l'arbre de sortie 38. Ce type de fixation au moyen d'un disque élastique 45 mince permet des déplacements de la bague d'armature 44 dans la direction de l'axe et coaxialement par rapport à lui. Sur le côté tourné vers le volant à disque 29 de la bague d'armature 44 estfixée par collage une garniture de friction annulaire servant de garniture d'embrayage 49. A cette garniture est associée une surface d'embray- age annulaire correspondante 50 sur le côté du volant à disque. La bague d'armature 44 comporte à sa périphérie extérieure un profilé annulaire 51 en saillie par rapport au volant à disque 29 et qui s'étend en laissant un faible interstice axial a,cui n'est que de quelques dixièmes de millimètre jusqu'au volant à disque 29. La garniture d'embrayage annulaire 49 a sa périphérie exté- rieure sensiblement contre la périphérie intérieure de l'entretoise annulaire 51. Le flasque de frein 34 comporte un boîtier de bobine d'embrayage 52 qui entoure radialement la bague d'armature 44 en laissant de même un interstice radial b faible qui n'est que de quelques dixièmes de millimètre, et entoure en formant un profilé de boîtier 53 annulaire et radialement extérieure en laissant un interstice radial c,ne présentant également qu'une largeur de quelques dixièmes de millimètre, un tronçon périphérique radial 54 du volant à disque 29 adjacent à la surface d'embrayage 50. Dans le boîtier de bobine d'embrayage 52 du flasque de frein fixe 34 est disposée une bobine d'embrayage électromagnétique annulaire 55,dont l'excitation forme un circuit magnétique d'embrayage 56 qui part du boîtier de bobine d'embrayage 52, traverse l'entretoise de boîtier 53, l'interstice radial c, le tronçon périphérique 54 du volant à disque 29, le volant à disque 29, l'interstice axial a, le profilé annulaire 51 de la bague d'armature 44, l'interstice radialb, et revient au boîtier de bobine d'embrayage 52. De cette façon, le disque de frein et d'embrayage 43 est poussé avec sa garniture d'embrayage 49 contre la surfaceod'embrayage 50 du volant à disque 29, et l'arbre de sortie 38 est de nouveau accouplé à l'arbre 8 du moteur. Sur le côté opposé au volant à disque 29, la bague d'armature 44 est munie d'une garniture de friction servant de garniture de frein qui est fixée à la bague d'armature 44 d'une manière décrite ci-dessous de façon encore plus précise. Lui est associé dans le flasque de frein 34 une surface de frein 58 en forme de plaque annulaire. La bague d'armature 44 composée de matériau magnétique s'étend radialement vers l'intérieur jusqu'au voisinage de l'épaulement annulaire 48, ce qui constitue sur la bague d'armature 44 une surface de transmission - magnétique en forme de plaque annulaire 60 qui s'étend en ménageant un interstice axial étroit d, en face de la surface du boîtier de bobine de frein 61 qui est située à l'intérieur de la surface de frein 58 et est alignée avec celle-ci. Dans le flasque de frein 34 est ménagé un boîtier de bobine de frein 62 qui est fermé sur sa face avant par la surface du boîtier de bobine de frein 61. Dans ce boîtier de bobine de frein 62, une bobine de frein annulaire 63 est disposée de façon que du flux magnétique puisse être transmis respectivement à la fois radialement à l'intérieur de la bobine de frein 63 et radialement à l'extérieur de la bobine de frein 63 mais toujours à l'in- térieur de la garniture de frein 57. Lors de l'excitation de la bobine de frein 63, il se forme également un circuit fmagnétique de frein 64, dont un circuit partiel passe radialement à l'extérieur de la bobine de frein 63, traverse le boitier de la bobine de frein 62, l'interstice axial d, entre la surface du boîtier de bobine de frein 61 et la surface de transmission magnétique 60 - ou entre la garniture de frein 57 et la bobine de frein 63 - la bague d'armature 44, et cela radialement vers l'intérieur, et l'interstice axial d, radialement vers l'intérieur de la bobine de frein 63 pour revenir dans le boîtier de bobine de frein 62. Un autre circuit partiel du circuit magnétique de frein passe radialement vers l'extérieur jusque dans le boitier de bobine d'embrayage 52, traverse l'interstice radial b, traverse radialement vers l'intérieur la bague d'armature 44, o les deux circuits partiels se rencon- trent. La bague de roulement extérieure 65 du roulement 41 est placée contre un chapeau de roulement 66 réglable axialement, dont la position axiale par rapport au flasque de frein 34 peut être réglée par un filetage 67. Le couvercle de roulement 66 peut être lui même bloqué par des vis de fixation 68 par rapport au flasque de frein 34. La bague de roulement intérieure 69 du roulement 41 a son côté opposé au couvercle de roulement extérieur 66 et tournée vers le disque de frein et d'embrayage 43 placé contre un épaulement de butée 70 de l'arbre de sortie 38. On peut donc ainsi régler la position axiale de l'arbre de sortie 38 et la position axiale du disque de frein et d'embrayage 43 qui est fixé sur lui d'une façon non rotative par rapport au flaaque de frein 34. La bague de roulement intérieure 71 du roulement 42 s'appuie sur son côté tourné vers le disque de frein et d'embrayage 43 contre une butée 72 fixée à l'arbre de sortie 38 et qui est formée par un circlip. La bague extérieure de roulement 73 de ce roulement 42 s'appuie radialement sur une douille 74 qui est disposée dans l'alésage de roulement 40. Cette douille 74 comporte un épaulement de butée 75 qui fait saillie radialement vers l'extérieur et contre lequel la bague extérieure de rou- lement 73 du roulement 42 s'applique par son côté tourné vers le moteur 1. Contre cet épaulement de butée 75 de la douille 74 s'appuie également dans la direction axiale une plaque qui sert de butée de réglage 76 sur laquelle s'appuie axialement une vis de réglage 77 qui est elle-même vissée dans un alésage fileté 78 ménagé dans l'arbre 8 du moteur coaxialement à l'axe 6 de celui-ci. On peut ainsi par ce mode de réalisation, régler l'arbre 8 du moteur et le volant à disque 29 par rapport à l'arbre de sortie 38 et au disque de frein et d'embrayage 43. L'arbre 8 du moteur et l'arbre de sortie 38 sont poussés par le ressort hélicoidal de pression 16 contre le couvercle de roulement 66. Le glissement de l'arbre de sortie 38 dans la direction du moteur 1 sous l'action du couvercle de roulement 66, et le glissement de l'arbre 8 du moteur et du volant à disque 29 en direction du flasque se produisent respectivement contre la force du res- sort de pression 16, tandis que dans le cas contraire on desserre le couvercle de roulement 66 ou la vis de réglage 77, ce qui provoque le glissement correspondant sous l'action du ressort de pression 16. On règle égale- ment au moyen du couvercle de roulement 66 la largeur axiale du jeu de frein, c'est-à-dire de l'interstice entre la garniture de frein 57 et la surface de frein 58. On règle, au moyen de la vis de réglage 77, la largeur axiale du jeu d'embrayage 80, c'est-à-dire de l'interstice entre garniture d'embrayage 49 et surface d'embrayage 50. On entend, par ces jeux 79, 80, les jeux qui se règlent avec bobine d'embrayage 55 non excitée et bobine de frein 63 non excitée. Il faut observer que, dans la pratique, le jeu de frein 79 est souvent égal à zéro, c'est-à-dire que quand les bobines 55, 63 ne sont pas excitées, la garniture de frein 57 appuie légèrement sur la surface de frein 58. La vis de réglage 77 est accessible depuis l'extérieur avec un tournevis ou analogue par un alésage 81 qui traverse axialement l'arbre de sortie 38. Des mécanismes de ce type sont en particulier utilisés pour la commande de machines à coudre industriel- les lors du fonctionnement desquelles on atteint un nombre d'enclenchements pouvant atteindre 3 000 cycles de manoeuvre par heure. Ceci signifie que l'ensemble formant frein et embrayage est entraîné à peu près en permanence alors que, soit la garniture d'embrayage 49 frotte sur la surface d'embrayage 50, soit la garniture de frein 57 frotte sur la surface de frein 58. Ceci provoque un échauffement extrêmement important, en particulier de la garniture d'embrayage 49, mais égale- ment de la garniture de frein 57. Cet échauffement, qui se produit malgré un refroidissement énergique, de la garniture d'embrayage 49 et de la garniture de frein 57 conduit d'autre part au gonflement en question de ces garnitures 49, 57, c'est-à-dire à une dilatation thermi- que axiale de celles-ci. Ce gonflement est de l'ordre de 0,1 mm pour les deux garnitures 49, 57. On doit également régler le jeu d'embrayage 80 lorsque le méca- nisme est froid à environ 0,1 jusqu'à 0,3 mm, en parti- culier à 0,2 mm. Mais il se produit alors, dans le cas de dures conditions de fonctionnement, c'est-à-dire par exemple dans le cas d'un freinage brutal du mécanisme à partir d'une vitesse de rotation d'environ 3000 tours/ minute, c'est-à-dire une vitesse de rotation de la machine à coudre de 6 000 à 8 000 tours/minute, en moins d'une seconde, des bruits de chocs du fait de l'impact de la garniture de frein 57 sur la surface de frein 58. Pour arrêter ces bruits d'impact, le disque de frein et d'embrayage 43 est réalisé de la façon décrite ci-dessous. La garniture de frein annulaire 57 est fixée par collage sur un support annulaire 82 qui l'enserre partiellement intérieurement et extérieurement. Ce support annulaire 82 est fixé par des rivets 84 sur une rondelle élastique 83 en forme d'anneau circulaire. Dans la région de cette fixation, quatre saillies plates 85 sont ménagées sur le support annulaire 82, de façon que celui-ci s'applique contre la rondelle élastique 83 uniquement là o inter- vient la fixation par rivets 84, lorsque support annu- laire 82 et rondelle élastique 83 sont placés librement l'un contre l'autre en ménageant un interstice élastique 86. La rondelle élastique 83 est d'autre part fixée par des vis 87 à l'anneau formant induit 44. Dans la région des trous filetés 88 de la bague d'armature 44 qui recoivent les vis 87, sont ménagés sur celui-ci des appuis 89 qui entourent uniquement les trous filetés 88 et sur lesquels s'applique la rondelle élastique. Il est prévu quatre rivets disposés selon un angle de 90 et quatre vis 87 et trous filetés 88 disposés également selon un angle de 90 , de sorte que les rivets 84 d'une part et les vis 87 d'autre part sont disposés l'un par rapport à l'autre comme on peut le voir à la figure 3 selon un angle de 45 . Des couches d'amortissement 90 en forme de segment d'anneau circulaire sont disposées entre deux appuis voisins 89. Entre ces couches et la rondelle élastique 83 est ménagé -comme il ressort de la figure 4- un interstice de pénétration 91. Quand on passe de l'entraînement au freinage, c'est-à-dire quand, par excitation de la bobine de frein 63 on déplace le disque de frein et d'embrayage de sa position, avec la garniture d'embrayage 49 appliquée sur la surface d'embrayage 50, sur toute la distance du jeu d'embrayage 80 et.du jeu de frein 79 jusqu'à la surface de frein 58, la garniture de frein 57 vient frapper cette dernière. La rondelle élastique 83 se déforme ainsi axialement, c'est-à-dire dans la direction de l'axe 6, sans que le support annulaire 82 placé entre les rivets 84 ne vienne en appui sur la rondelle annulaire 83. L'impact de la garniture de frein 57 sur la surface de frein 58 est également amorti élastiquement, sans transmission notable d'un bruit de structure dans le disque de frein et d'embrayage. Quand l'impact est particulièrement dur, ou lors d'un freinage brutal comme déjà indiqué, la rondelle élastique 83 peut se déformer au point de venir, entre les appuis 89, s'appuyer sur les couches d'amortissement 90. Ces couches d'amortissement , constituées d'une matière plastique amortissante appropriée, amortissent d'autre part le bruit d'impact. Pour être complet, il faut encore indiquer que des ailettes d'aération 92 s'étendant radialement sont ménagées sur le côté du volant à disque 29 tourné vers le moteur 1, et produisent un courant d'air de refroidis- sement qui traverse le moteur 1 et l'ensemble formant frein et embrayage 2. Il est apparu de façon étonnante que l'élément élastique constitué par une rondelle élastique 83 supprime également le grincement de la garniture d'em- brayage 49 ou de la garniture de frein 57, qui se produit lors du frottement sur la surface d'embrayage 50 ou sur la surface de frein 58 correspondante. La raison en est que l'anneau d'armature 44 est renforcé par la rondelle élastique 83. REVENDICATIONS 1. Mécanisme électromoteur de commande et de régulation de vitesse, en particulier pour machines à coudre industrielles, comprenant un moteur (1) actionna- ble en permanence muni d'un volant à disque (29) et un ensemble (2) formant frein et embrayage relié au moteur (1), ce mécanisme comportant un disque de frein et d'embrayage (43) équipé d'une bague d'armature (44), relié de façon non rotative à un arbre de sortie (38) et susceptible d'être amené en contact de friction avec au choix, un flasque de frein (34) non rotatif compor- tant une surface de frein (58) ou le volant à disque (29) qui présente une surface d'embrayage (50), une bobine d'embrayage (55) et une bobine de frein (63) étant prévues auxquelles est associée la bague d'armature (44) munie d'une garniture de frein (57) et d'une garniture d'embrayage (49), caractérisé en ce que la garniture de frein (57) est logée dans la bague d'armature (44) de façon à servir d'amortisseur. 2. Mécanisme conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que la garniture de frein (57) est logée dans la bague d'armature (44) au moyen d'au moins un élément élastique. 3. Mécanisme conforme à la revendication 2, carac- térisé en ce que la garniture de frein (57) s'appuie sur la bague d'armature (44) au moyen d'une rondelle élastique. 4. Mécanisme conforme à la revendication 2, carac- térisé en ce que la garniture de frein (57) s'appuie sur l'élément élastique en ménageant un interstice élastique (86). 5. Mécanisme conforme à la revendication 2, carac- térisé en ce que l'élément élastique s'appuie sur la bague d'armature (44) en ménageant un interstice de pénétration (91). 6. Mécanisme conforme a la revendication 2, caractérisé en ce que des éléments d'amortissement sont prévus entre l'élément élastique et la bague formant induit (44).