Brevet FR2671841A1 — publié le 19920724

La présente invention a pour objet une courroie pour un mécanisme de transmission notamment d'un moteur à combustion interne. Dans les mécanismes de transmission d'un moteur à combustion interne, les besoins croissants de puissance mécanique sont apparus avec la complexification des équipements automobiles et la mulitiplication des accessoires. En effet, de plus en plus d'éléments comme par exemple l'alternateur, la pompe à eau ou le ventilateur doivent être entrainés à partir du moteur du véhicule ce qui nécessite des transmissions de puissance élevée. Il est connu d'utiliser des courroies de transmission trapézoidales ou des courroies multistries. De telles courroies sont généralement constituées par une âme formée d'une nappe de cablés par exemple en polyester, en fibres de verre ou en Kevlar dont les brins torsadés en hélice, ont un diamètre voisin de 0,8mm. Cette âme constitue ltélément de tension renforcé des courroies, par lequel se transmet la puissance mécanique. L'âme confère aux courroies notamment des propriétés mécaniques comme la tenue en traction, la résistance à la flexion et à la contreflexion ainsi que la résistance à la fatigue. L'âme des courroies multistries est noyée dans un corps longitudinal par exemple en élastomère surlequel sont disposés par moulage ou par tout autre moyen des moyens d'engrènement, cwest à dire des dents ou des stries destinées à s'engager dans une gorge de poulie qui comporte des rainures dont les dimensions et le profil correspondent à ceux des stries. Les courroies de transmission trapézoidales comportent une dent ou une strie en forme de trapèze dont le sommet, parallèle à l'âme, est placé dans la gorge de la poulie, entre les surfaces inclinées de celle-ci qui sont destinées à recevoir les- surfaces latérales de la dent trapézoidale. Les courroies de transmission travaillent par l'intermédiaire des surfaces de ces moyens d'engrènement au contact des surfaces correspondantes de la gorge de poulie, par glissement et adhérence. Par ailleurs, des coussins dits d'adhérence peuvent être placés de part et d'autre de l'âme pour le maintien mécanique de ladite âme et des moyens d'engrènement, maintien qui se trouve fortement sollicité lors du travail des courroies et plus particulièrement, lors des variations de vitesse instantanées. Or, on sait que la fatigue mécanique de la courroie dépend directement de la tension qui lui est appliquée et son comportement mécanique dépend des éléments qui la constituent. A chaque régime du moteur correspond une tension réelle de la courroie, donc un facteur de fatigue et une durée de vie moyenne pour la courroie. L'âme fixe d'emblée la tension, dite tension limite au delà de laquelle la courroie risque de graves endommagements, voire sa destruction. En régime permanent, les contraintes de flexion et de contreflexion sollicitent fortement la courroie et contribuent à diminuer sa durée de vie. Ce facteur de fatigue est accentué lors des régimes instantanés où les contraintes agissent brutalement. Lors de ces phases transitoires, par exemple au démarrage du moteur, les moyens d'engrènement de la courroie qui sont par exemple en élastomère, glissent dans la rainure de la poulie afin d'assurer l'entrai- nement par frottement. Les variations de vitesse quasi instantanées entraînent la courroie pendant la phase de glissement puis l'adhérence des dents ou des stries dans les rainures internvient. Sous l'effet de l'accélératicn brutale, une première partie de la courroie comprenant l'âme est entraînée par le mouvement initial taudis qu'une deuxième partie, constituée par les moyens d'engrènement est quasi immobile, ce qui provoque l'apparition de contraintes de cisaillement dans le corps, et plus particulièrement, à la base desdits moyens. Après de nombreuses sollicitations de ce type, l'élastomère se fragilise, des fissures apparaissent et produisent avec le temps une destruction de la courroie. Au cours de ces phases transitoires, une désolidarisation de l'âme et des moyens d'engrènement peut se produire, entraînant par là même une rupture mécanique de la courroie. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités en proposant une courroie de transmission dont la tenue mécanique est améliorée, ce qui permet de transmettre une puissance mécanique élevée, d'écarter les risques de rupture mécanique et de présenter une résistance améliorée à la fatigue. La présente invention a pour objet une courroie, notamment pour un mécanisme de transmission d'un moteur à combustion-interne, formée par une bande comprenant une âme et au moins une surface de contact s'étendant longitudinalement à ladite bande et présentant un profil correspondant à la section d'une gorge de poulie, caractérisée en ce que l'âme est au moins un feuillard composé d'un alliage métallique à haute limite élastique. Le feuillard a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm et de préférence égale à O,lmm. L'alliage métallique à haute limite élastique possède de préférence la composition pondérale suivante - cobalt 9% - nickel 18% - - molybdène 5% - titane 0,5% - fer 67,5%. Le fait de remplacer une nappe de cablés en polyester ou en Kevlar, par un feuillard en alliage métallique à haute limite élastique permet de diminuer l'épaisseur de l'âme de renforcement de la courroie de 0,8mm à 0,5mm, et préférentiellement jusqu'à O,lmm. Cette modification structurelle apporte des avantages très importants. En effet, en diminuant l'épaisseur de la courroie, on diminue sa masse et donc la tension centrifuge à laquelle il faut soumettre la courroie pour résister à la force centrifuge lors des mouvements en rotation. En conséquence, la tension réelle de la courroie qui est la résultante d'une tension de travail, d'une tension centrifuge et d'une tension de flexion est moins élevée, ce qui contribue à réduire sa fatigue et à augmenter sa durée de vie. Avec les courroies utilisées jusqu'à présent, lorsque l'on augmente la vitesse de rotation du moteur, la courroie s'échauffe, la nappe de cablés se contracte et la tension réelle de la courroie augmente ce qui provoque une fatigue supplémentaire. Grâce à une courroie selon la présente invention, la diminution d'épaisseur permet d'atteindre une vitesse de défilement de la courroie plus grande et une augmentation de la vitesse du moteur et donc une transmission de puissance plus élevée. Le choix du matériau et l'épaisseur réduite procurent une grande souplesse à la courroie. Sa masse étant plus faible, son moment de flexion se trouve réduit et donc la courroie travaille mieux en flexion et en contreflexion qu'une courroie traditionnelle. Par ailleurs, il a été constate qu'en diminuant l'épaisseur, par exemple de 6 à 5,5mm la durée de vie de la courroie est multipliée par deux. Lorsque des brusques variations de vitesse se produisent, notamment au démarrage du moteur, la partie de la bande qui comprend l'âme se trouve entrainée par l'accélération brutale du moteur, alors que dans l'autre partie, la surface de contact adhère par glissement dans la gorge de la poulie, des contraintes de cisaillement apparaissent dans l'élastomère mais, du fait que la masse entraînée par l'accélération est plus faible, l'élastomère, au moment de la déformation, travaille moins que dans une courroie traditionnelle et les risques de cisaillement sont diminués. Un autre avantage-réside dans le fait que la diminution de l'épaisseur de la courroie permet des transmissions dont les diamètres d'enroulement sont plus petits et donc d'obtenir un gain de place. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le feuillard comporte des moyens de renforcement, - les moyens de renforcement sont formés par des saillies, - les saillies sont des crevés, chacun des crevés étant formé par au moins un bord tombé disposé transversalement à la bande, - les saillies sont des emboutis, - les emboutis présentent une forme sensiblement parallélépipédique, - les emboutis présentent une forme demicylindrique, - les emboutis présentent une perforation sensiblement en leur milieu, - les moyens de renforcement sont formés par des perforations, - les moyens de renforcement sont régulièrement espacés, - les moyens de renforcement régulièrement espacés assurent une variation périodique de perméabilité magnétique. Cette caractéristique permet la mesure de la vitesse de rotation d'un moteur de véhicule automobile au moyen d'un capteur magnétique sensible à la variation périodique de perméabilité magnétique et placé en regard de la courroie. Une telle caractéristique permettant de mesurer la vitesse réelle de la courroie donc la vitesse du moteur en régime permanent de fonction ment, permet également de déterminer la variation de vitesse instantanée, c'est à dire l'accélération de la partie de la courroie placée en regard du capteur. Cette accélération peut être enregistrée, mesurée et transmise à un système de régulation de la courroie qui calcule une tension locale équivalente à l'accélération et réajuste la tension de la courroie pour compenser les effets de l'accélération. L'invention va être décrite plus en détails ci-dessous, en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la Fig. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une courroie de transmission selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe transversale d'une courroie dv transmission multistries selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue en coupe transversale d'une courroie de transmission trapézoïdale selon l'invention, - les Figs. 4 à 7 sont des vues partielles en coupe longitudinales d'autres modes de réalisation d'une courroie selon l'invention, - la Fig. 8 est une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation d'un feuillard de la courroie de transmission selon l'invention, - la Fig. 9 est une vues schématique en perspective d'un second mode de réalisation d'un feuillard de la courroie selon l'invention. La courroie de transmission 1 representée aux Figs. 1 à 7 utilisée dans un mécanisme de transmission d'un moteur à combustion interne est formée par une bande 2 comprenant au moins une âme et au moins une surface de contact 4 s'étendant longitudinalement à ladite bande et présentant un profil correspondant à la section d'une gorge de poulie du mécanisme de transmission. L'âme est constituée d'au moins un feuillard 3 composé d'un alliage métallique à haute limite élastique. Cet alliage possède, de préférence, la composition suivante - cobalt 9%, - nickel 18% molybdène 5% - titane 0,5* - fer 67,5%. Grâce à un module d'élasticité d'environ 185 OOO Mpa, l'alliage confère au feuillard 3 une excellente résistance à la fatigue et un meilleur comportement en flexion et en contreflexion. Une autre caractéristique intéressante de cet alliage réside dans sa soudabilité ce qui permet de souder les deux extrémités de la courroie pour former un anneau continu. Ce soudage peut être réalisé par exemple au moyen d'un laser. Le feuillard 3 a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm et de préférence égale à O,lmm. Comme représentée sur la Fig. 2, la courroie 1 est une courroie multistries, c'est à dire que la surface de contact 4 de la bande 2 prend la forme d'une pluralité de stries 5 disposées longitudinalement et réparties selon un pas -déterminé, par exemple de 3,56mm. Dans la gorge d'une poulie d'un mécanisme de transmission sont traçées des rainures dans lesquelles viennent s'engager les stries 5. Ces dernières ont généralement la forme d'un V, mais elles peuvent avoir la forme d'un trapèze. La longueur de ce type de courroie varie de 500 à 4400 mm selon les applications envisagées, c'est à dire l'automobile, le poids lourd ou l'appareillage industriel. La courroie 1 représentée sur la Fig. 2 possède trois stries 5 en V mais, dans l'automobile par exemple, la courroie peut posséder jusqu'à huit stries notamment pour les moteurs de véhicules et de transmission de puissance très élevée. Sur les poids lourds, le nombre de stries peut aller jusqu'à 15 et 20. La bande 2 de la courroie 1 est réalisée dans un élastomère comme le polychloroprène. L'élastomère qui constitue les stries 5 est en polychloroprène renforcé afin de résister à l'abrasion et aux contraintes mécaniques dues à l'engrènement. Comme représentée sur la Fig. 3, la courroie 1 est une courroie trapézoïdale, cvest à dire que la surface de contact 4 de la bande 2 a la forme d'un trapèze dont le sommet est parallèle au feuillard 3. Selon une variante, le feuillard 3 comporte des moyens de renforcement formés par des saillies 6 ou des perforations 7. Selon un premier mode de réalisation représenté aux Figs. 4 et 8, les saillies 6. sont formées par des crevés 10, chacun de ces crevés étant constitués par au moins un bord tombé et de préférence par deux bords tombés 11, présentant par exemple une courbure. Les deux courbures sont disposées symétriquement l'une par rapport à l'autre et les tangentes. à l'origine de ces courbures sont sensiblement parallèles au feuillard 3. Les extrémités libres des bords tombés 11 sont dirigées vers . les stries 5 dans le cas d'une courroie multistries ou vers la base du trapèze dans le cas d'une courroie trapézoïdale. Cette disposition est possible grâce à la bonne aptitude à la mise en forme de l'alliage constituant le feuillard 3. Ainsi le feuillard 3 peut être mis en forme par laminage et des bandes dentées peuvent être réalisées en continu en venant emboutir ledit feuillard à l'aide de poinçons, selon un pas déterminé. Selon un second mode de réalisation représenté à la Fig. 5, les saillies 6 ont la forme d'un embouti 12 qui présente une forme sensiblement parallélépipédique, ou trapézoïdale, ou demi-cylindrique et de manière plus générale une forme curviligne. D'autres formes de réalisation des emboutis 12 peuvent être envisagées compte tenu de l'aptitude de l'alliage à la mise en forme. Selon un troisième mode de réalisation représenté à la Fig. 6, les saillies 6 sont, dans une première étape, formées par emboutissage à l'aide d'un poinçon, puis perforées sensiblement en leur milieu transversalement à la bande 2. Les bords tombés 13 ainsi formés prennent la forme de 2 S symétriques l'un par rapport à l'autre et en vis à vis. Les extrémités libres des bords tombés 13 sont séparées par un espace 14 et se font face. Selon une variante, les saillies 6 peuvent être formées par une succession de crevés 10 et/ou d'emboutis 12. Compte tenu de la bonne soudabilité de l'alliage métallique à haute limite élastique composant le feuillard 3, les saillies 6 peuvent être constituées par des pièces rapportées sur ledit feuil lard. Par ailleurs de telles pièces peuvent être également collées sur ledit feuillard. Selon un quatrième mode de réalisation représenté aux Figs. 7 et 9, le feuillard 3 peut comporter, à la place des saillies, des perforations 7. Ces perforations 7 confèrent à la courroie 1 une bonne tenue mécanique car elles renforcent sa structure. En effet, l'élastomère avec lequel on enveloppe le feuillard 3 pénètre à travers les perforations 7, réalisant un accrochage intime entre lesdits feuillards et ledit élastomère. Selon une caractéristique particulière de la courroie selon la présente invention; les moyens de renforcement 6 ou 7 régulièrement espacés assurent une variation périodique de perméabilité magnétique. En effet, en plaçant un capteur magnétique à réluctance variable en regard de l'une des faces de la courroie 1, il est possible de mesurer la vitesse de rotation d'un moteur de véhicule. Le feuillard et les moyens de renforcement régulièrement espacés présentent une variation de perméabilité magnétique devant la cellule d'un capteur qui ne mesure qu'une variation d'entrefer, cette variation générant une variation de la réluctance et donc du flux magnétique. L'enregistrement du signal périodique correspondant à cette variation temporelle de flux est traité.par une électronique de commande appropriée qui en détermine la fréquence et, par là même, la vitesse de rotation de la courroie et du moteur. Les capteurs magnétiques utilisés sont du type capteur à réluctance variable, différentiel ou à effet Hall. Dans certaines conceptions des systèmes de transmission automobile, un accessoire entrainé par une courroie de transmission et fort consommateur de puissance, par exemple un compresseur d'une puissance de 15 kW, peut, dès sont engagement excercer une demande instantanée de puissance, provoquant unallongement instantané de la courroie qui quitte alors la poulie du compresseur. Ces allongements causent une fatigue supplémentaire à la courroie et contribuent à réduire sa durée de vie. Dans ce cas, un capteur à réluctance variable est placé en amont du compresseur. Le capteur est relié par l'intermédiaire d'une électronique appropriée à un tendeur dynamique qui a pour fonction d'exercer une tension sur la courroie lorsqu'il est sollicité. Au cours de l'engagement du compresseur, l'allongement instantané de la courroie crée une variation de vitesse, donc une accélération, enregistrable et mesurable par le capteur. L'information est transmise au tendeur dynamique qui transmet à un galet un ordre de tension complémentaire en vue de récupérer l'allongement ponctuel de la courroie au droit de la poulie du compresseur et ainsi d'éviter le décollement de ladite courroie. REVEND I CATONS 1 - Courroie (1), notamment pour un mécanisme de transmission d'un moteur à combustion interne, formée par une bande (2) comprenant une âme et au moins une surface de contact (4) s'étendant longitudinalement à ladite bande (2) et présentant-un profil correspondant à la section d'une gorge de poulie, caractérisée en ce que l'âme est au moins un feuillard (3) composé d'un alliage métallique à haute limite élastique. 2 - Courroie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le feuillard (3) a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm. 3 - Courroie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le feuillard (3) a une épaisseur de préférence égale à 0,1 mm. 4 - Courroie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le feuillard (3) comporte des moyens de renforcement (6, 7). 5 - Courroie selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de renforcement sont formés par des saillies (6). 6 - Courroie selon la revendication 5, caractérisée en ce que les saillies (6) sont des crevés (10), chacun desdits crevés étant formé par au moins un bord tombé (11) disposé transversalement à la bande (2). 7 - Courroie selon la revendication 5, caractérisée en ce que les saillies (6) sont des emboutis (12). 8 - Courroie selon la revendication 7, caractérisée en ce que les emboutis (12) présentent une forme sensiblement parallélépipédique. 9 - Courroie selon la revendication 7, ca ractérisée en ce que les emboutis (12) présentent une forme demi-cylindrique. 10 - Courroie selon l'une quelconque des revendicàtions 7 à 9, caractérisée en ce que les emboutis présentent une perforation (14) sensiblement en leur milieu. 11 - Courroie selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de renforcement sont formés par des perforations (7). 12 - Courroie selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisée en ce que les moyens de renforcement (6, 7) sont régulièrement espacés. 13 - Courroie selon la revendication 12, caractérisée en ce que les moyens de renforcement (6, 7) régulièrement espacés assurent une variation périodique de perméabilité magnétique. 14 - Courroie selon la revendication-1, caractérisée en ce que l'alliage métallique à haute limite élastique possède la composition pondérale suivante - cobalt 9%, - nickel 18%, - molybdène 5%, - titane 0,5%, - fer 67,5%.