Brevet FR2661472A1 — publié le 19911031

Dispositif d'accouplement et de freinage pouvant être commuté par un fluide compressible, notamment pneumatique. L'invention concerne un dispositif d'accouplement et de freinage pouvant être commuté par un fluide compressible, notamment pneumatique, comprenant un arbre d'entrée et un arbre de sortie qui sont montés dans un boîtier et se terminent dans une chambre d'accouplement du boîtier, une bride d'accouplement reliée de façon fixe en rotation avec l'arbre d'entrée et un disque de friction étant disposés dans la chambre d'accouplement, le disque de friction subdivisant la chambre d'accouplement en deux enceintes de travail auxquelles peuvent être appliquées des pressions différentes et pouvant être pressé sur la bride d'accouplement ou sur une surface frontale de la chambre d'accouplement avec interposition d'une garniture de friction. Dans un dispositif d'accouplement et de freinage connu de ce type (DE 37 27 173 Ai ou DE 38 34 138 Cl) on prévoit pour établir une étanchéité sans contact une garniture à labyrinthe entre la périphérie du disque de friction et la chambre d'accouplement Pour pouvoir parvenir à une étanchéité satisfaisante de cette façon, il faut avoir recours à plusieurs rainures périphériques En outre, le point de commutation du dispositif d'accouplement et de freinage va en se retardant par rapport au point dans le temps de l'application de la pression dans une enceinte de travail à mesure que les garnitures de friction s'usent, car le volume des enceintes de travail et le parcours sur lequel le disque de friction se déplace vont alors en augmentant. L'invention a pour but de proposer un dispositif d'accouplement et de freinage du type mentionné, permettant d'établir l'étanchéité d'une façon simple et dont le point de commutation soit largement indépendant de l'usure des garnitures de friction. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que la surface de la bride d'accouplement et/ou de la chambre d'accouplement qui est tournée vers la surface de frottement de la garniture de friction concernée comprend une rainure annulaire concentrique à l'axe de rotation des arbres. 2- Grâce à cette constitution, la surface annulaire de la garniture de friction concernée qui est face à la rainure annulaire ne s'use pas, mais seulement la surface de frottement de la garniture de friction qui est située à l'extérieur de cette région annulaire A mesure que progresse l'usure de la surface de frottement de la garniture de friction qui est située à l'extérieur de la région annulaire qui est face à la rainure annulaire, il reste donc sur la garniture de friction une rainure de forme annulaire en saillie axiale qui conserve sa distance la séparant des bords de la rainure annulaire à l'état désaccouplé et pénètre dans la rainure annulaire à l'état accouplé On obtient ainsi toujours dans la région de la nervure annulaire et de la rainure annulaire une étanchéité suffisante entre l'enceinte de travail et le côté situé radialement à l'extérieur du disque de friction, cette étanchéité étant indépendante de l'usure des surfaces de frottement des garnitures de friction qui sont situées à l'extérieur des nervures annulaires Pour la même raison, le volume effectif des enceintes de travail ne se modifie pratiquement pas, ce qui fait que le point de commutation du dispositif d'accouplement et de freinage est également largement indépendant de l'importance de l'usure des garnitures de friction On peut alors éviter d'avoir recours à une garniture à labyrinthe coûteuse sur la périphérie du disque de friction. Il convient que la profondeur de la rainure annulaire soit supérieure, et de préférence d'au moins une fois et demie, à la valeur d'usure maximale de la garniture de friction Ainsi, la rainure annulaire peut contenir des particules dues à l'usure de manière que ces dernières ne perturbent pas le fonctionnement Simultanément, on évite une surpression trop élevée entre la rainure annulaire et la nervure annulaire. La largeur de la rainure annulaire, quand il s'agit d'une garniture de friction à grains, est supérieure, et de préférence d'au moins une fois et demie, à l'importance des grains de la garniture de friction On est ainsi assuré que la largeur de la nervure annulaire qui subsiste est toujours supérieure à celle d'un grain, que les grains sont fermement retenus, et que la nervure annulaire conserve sa forme sans se briser. -3- De préférence, la garniture de friction comprend du liège-caoutchouc d'une dimension de grains d'environ 1 mm. On peut en outre faire en sorte que la bride d'accouplement et/ou la surface de la chambre d'accouplement qui est tournée vers la garniture de friction comprenne un épaulement annulaire en saillie axiale, qui repose par sa surface annulaire radialement à l'extérieur contre la surface annulaire radialement à l'intérieur de la garniture de friction On obtient ainsi l'étanchéité de l'interstice entre les surfaces de frottement tournées l'une vers l'autre avant que la nervure annulaire ne se soit formée. De préférence, on fait en sorte que l'épaulement annulaire limite la rainure annulaire Dans le cas d'une usure de la garniture de friction, l'épaulement annulaire fait alors fonction de garniture permanente. En outre, la garniture de friction peut présenter à proximité de sa surface annulaire qui est radialement à l'intérieur une rainure annulaire concentrique à l'axe de rotation des arbres Grâce à cette constitution, la paroi radiale interne qui limite la rainure annulaire dans la garniture de friction peut se dilater dans cette rainure annulaire du fait de l'échauffement provenant du frottement entre cette paroi et l'épaulement annulaire, ce qui fait que la pression de surface entre cette paroi et l'épaulement annulaire et ainsi la chaleur due au frottement diminuent, et que la paroi se rétracte à nouveau On est ainsi assuré automatiquement d'une largeur d'interstice minimale constante et de ce fait d'un faible frottement entre la paroi et l'épaulement annulaire. En outre, on peut faire en sorte que le disque de friction comprenne un disque d'accouplement monté de façon à pouvoir se déplacer axialement par rapport à l'arbre de sortie dans chaque état de charge et au moins un disque couple flexible, que le disque couple soit monté de façon fixe en rotation et axialement immobile sur l'arbre de sortie et fixe en rotation sur la périphérie du disque d'accouplement, et puisse se déplacer axialement avec ce dernier, et que le disque couple soit susceptible d'être sollicité par la même pression sur ses deux côtés De ce fait, pour commuter le disque de friction, il suffit de ne -4- former qu'une faible pression pour déformer le disque couple Cette pression peut se former rapidement de façon appropriée, de manière que le retard de la commutation soit faible quand on le compare avec un disque de friction d'un seul tenant et donc plus rigide En outre, l'étanchéité des enceintes de travail résiste plus t 8 t à de faibles pressions. L'invention et ses perfectionnements vont maintenant être décrits plus en détail dans ce qui suit, à l'aide d'une mode de réalisation préféré représenté sur les dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'accouplement et de freinage selon l'invention; la figure 2 est une vue agrandie du dispositif de la figure 1, avant usure des garnitures de friction; la figure 3 est une vue en coupe agrandie de la figure 2, après usure partielle des garnitures de friction; la figure 4 est vue agrandie d'une partie d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'accouplement et de freinage selon l'invention, avant usure des garnitures de friction; la figure 5 représente une partie de la figure 4 après usure partielle des garnitures de friction; la figure 6 représente une partie de la figure 4 à plus grande échelle; et la figure 7 représente une partie de la figure 5 à plus grande échelle. Le dispositif d'accouplement et de freinage selon la figure 1 comprend un boîtier 1 constitué de deux parties 2 et 3, reliées l'une à l'autre par des boulons 4 Un arbre d'entrée entraîné 5 est relié de façon fixe en rotation par des boulons 6 à une bride d'accouplement 7 en forme de disque annulaire Un arbre de sortie 8 est relié de façon fixe en rotation par des boulons 9 à un anneau d'appui 10 Sur ce dernier est monté de façon mobile en direction axiale un disque d'accouplement de forme annulaire 11 d'un disque de friction 12. L'interstice entre l'anneau d'appui 10 et le disque d'accouplement 11 est rendu étanche par une garniture annulaire 13 qui est dans ce cas un joint torique Le disque de friction 12 comprend en outre un disque - couple 14 qui est serré par l'anneau d'appui 10 contre la surface frontale des arbres de sortie 8, les boulons 9 traversant simultanément le disque couple 14 La région de bord extérieure du disque couple 14 est fixée de façon fixe en rotation à la région de bord externe du disque d'accouplement 11 En outre, le disque de friction 12 est muni de chaque côté dans ses régions de bord radialement à l'extérieur d'une garniture de friction respective 15 et 16, la garniture de friction 15 étant fixée au disque d'accouplement 11 et la garniture de friction 16 au disque couple 14 La bride d'accouplement en forme de disque annulaire 7, l'anneau d'appui 10 et le disque de friction 12 sont montés dans une chambre d'accouplement 17 dans laquelle se terminent l'arbre d'entrée 5 et l'arbre de sortie 7 La chambre d'accouplement 17 est limitée par une surface frontale 18 de la partie de bottier 2, par une surface frontale 19 des arbres d'entrée 5, par une surface frontale 20 des arbres de sortie 8, par une surface de frottement 49 tournée vers la garniture de friction 16 (figure 2) d'un anneau de freinage 22 fixé par des boulons 23 à une surface frontale de la partie 3 du boîtier, et par des brides périphériques 24 et 25 des parties de boîtier 2 et 3 Entre la surface frontale 19 des arbres d'entrée 5 et la bride d'accouplement 7 est prévue une rondelle plate 26 (figure 2) pour maintenir une certaine distance entre la bride d'accouplement 7 et la surface frontale 18 de la partie 2 du boîtier Entre la surface frontale 20 des arbres de sortie 8 et le disque couple 14 est également prévue une rondelle plate 27 (figure 2). Le disque d'accouplement 12 subdivise la chambre d'accouplement 17 en deux enceintes de travail 28 et 29, la partie de l'enceinte de travail 29 qui se trouve sur un côté du disque couple 14 étant reliée avec la partie de l'enceinte de travail 29 qui est située sur l'autre côté du disque couple 14 par au moins un trou 30 (figure 2) constitué dans le disque couple 14. Entre l'arbre d'entrée 5 et un alésage à gradins de la partie 2 du boîtier qui reçoit l'arbre est montée une garniture 31 En outre, entre l'arbre de sortie 8 et un alésage à gradins de la partie 3 du boîtier qui reçoit l'arbre de sortie 8 sont disposées plusieurs garnitures 32, 33 et 34. 6 - L'enceinte de travail 28 est en liaison par des canalisations 35 et 36 constituées dans l'arbre de sortie 8 avec une enceinte annulaire 37 entre les garnitures 33 et 34, et est en liaison de son c 8 té par une canalisation 38 constituée dans la partie 3 du bottier et par une soupape 39 à commande électromagnétique avec une source de pression qui n'est pas représentée. L'enceinte de travail 29 est en liaison avec la source de pression par un canal axial 40 et un canal annulaire 41 constitués dans l'anneau de freinage 32 ainsi que par un canal 42 constitué dans la partie 3 du bottier, et une autre soupape à commande électromagnétique non représentée. L'arbre d'entrée 5 et l'arbre de sortie 8 sont montés de façon rotative dans les alésages du bottier au moyen de paliers à rouleaux 43, 44, 45 et 46. Comme le montrent nettement les figures 2 et 3, on prévoit dans la surface 47 de la bride d'accouplement 7 qui est tournée vers la surface de frottement de la garniture de friction 15 une rainure annulaire 48 concentrique à l'axe de rotation des arbres, et dans la surface 49 de la chambre d'accouplement 17 ou de son anneau de freinage 22 qui la limite, une autre rainure annulaire 50 concentrique à l'axe de rotation des arbres La profondeur des rainures annulaires 48 et 50 est supérieure, de préférence d'au moins une fois et demie, à l'importance maximale de l'usure des garnitures de friction 15 et 16 Quand on utilise les garnitures de friction à grains 15 et 16, la largeur des rainures annulaires est supérieure, de préférence d'au moins une fois et demie, à l'importance des grains des garnitures de friction 15 et 16, ces dernières comprenant de préférence du liège-caoutchouc d'une dimension de grains de 1 mm. Pour accoupler l'arbre d'entrée 5 à l'arbre de sortie 8, de l'air sous pression est envoyé par ouverture de la soupape qui n'est pas représentée et par le canal 42, le canal annulaire 41 et le canal 40 vers l'enceinte de travail 29, et l'enceinte de travail 28 est reliée à l'atmosphère par les canaux 35, 36, l'enceinte annulaire 47 et le canal 48 ainsi que la soupape 39, cette dernière coupant la liaison avec la source de pression et reliant le canal 38 à l'atmosphère En raison de l'étroit interstice existant entre les garnitures de friction 15 et 16 d'une part ainsi qu'entre les surfaces 47 et 49 tournées vers elles d'autre part, la pression monte dans l'enceinte de travail 29 par rapport à la pression régnant dans l'enceinte de travail 28, ce qui fait que le disque d'accouplement Il est déplacé axialement jusqu'à venir en appui par frottement contre la garniture de friction 15 sur la surface 47 de la bride d'accouplement 7 par déformation du disque couple 14 De ce fait, la bride d'accouplement 7 qui tourne avec l'arbre d'entrée 5 entraîne par l'intermédiaire du disque de friction 12, c'est-à-dire par l'intermédiaire de la garniture de friction 15, le disque d'accouplement 11, le disque couple 14 et les boulons 9. Inversement, dans le cas d'un désaccouplement des arbres de sortie 8 par rapport à l'arbre d'entrée 5 et d'un freinage simultané des arbres de sortie 8 déterminés par une commutation appropriée des soupapes, la pression régnant dans l'enceinte de travail 28 par rapport à celle régnant dans l'enceinte de travail 29 augmente, et le disque d'accouplement 11 est déplacé axialement par déformation du disque couple 14 jusqu'à ce que la garniture de friction 16 vienne en appui contre la surface 49 de l'anneau de freinage 22, ce qui fait que la liaison par frottement entre la garniture de friction 15 et la surface 47 de la bride d'accouplement 7 est séparée et que la rotation des arbres de sortie 8 est freinée par frottement de la garniture de friction 16 contre l'anneau de freinage 22. Après des accouplements et des désaccouplements ou freinages répétés des arbres de sortie 8, le garnitures de friction 15 et 16 s'usent de plus en plus, mais seulement dans une région située radialement à l'intérieur et à l'extérieur des rainures annulaires 48 et 50, alors que les régions des surfaces de frottement des garnitures de friction 15 et 16 qui sont tournées vers ces dernières ne s'usent pas, ce qui fait que dans ces régions annulaires qui ne sont pas usées subsistent subsistent des nervures 51 et 52 en saillie axiale, comme montré à la figure 3 Ces nervures 51 et 52 forment malgré l'usure des garnitures de friction 15 et 16 un léger espace d'étranglement entre les garnitures de friction 15 et 16 et les surfaces 47 et 49 tournées vers elles, d'o résulte que les enceintes de travail 28 et 29 sont 8 - rendues suffisamment étanches Comme la profondeur des rainures annulaires 48 et 50 est choisie de façon à être supérieure à l'importance maximale de l'usure des garnitures de friction 15 et 16, des particules provenant de l'usure se rassemblent, au moins en partie, dans l'enceinte annulaire respective comprise entre la nervure 52 et le fond de la rainure annulaire 48 ou entre la nervure 51 et le fond de la rainure annulaire 50, sans avoir d'influence négative sur le fonctionnement Le choix de la largeur des rainures annulaires 48 et 50 prévu pour qu'elles soient supérieures à la dimension des grains des garnitures de friction 15 et 16 permet d'être certain que les nervures 51, 52 présentent une résistance suffisante et ne se brisent pas. Quand on utilise le dispositif d'accouplement et de freinage selon les figures 4 à 7, les rainures annulaires 48 et 50 sont un peu plus large et la bride d'accouplement 7 ainsi que la surface 49 de la chambre d'accouplement 17 ou de l'anneau de freinage 22 qui est tournée vers la garniture de friction 16 est respectivement munie d'un épaulement annulaire 53 et 54 en saillie axiale, qui repose par sa surface annulaire située radialement à l'extérieur contre la surface annulaire radialement à l'intérieur de la garniture de friction respective 15 ou 16, l'épaulement annulaire 53 limitant la rainure annulaire 48 et l'épaulement annulaire 54 la rainure annulaire 50. En outre, le rainure annulaire 55 ou 56 concentrique à l'axe de rotation de l'arbre est constituée dans chaque garniture de friction 15 et 16 à proximité de sa surface annulaire située radialement à l'intérieur Les rainures annulaires 55 et 56 sont ainsi respectivement limitées par une paroi périphérique 57 ou 58 située radialement à l'intérieur. L'épaulement annulaire 53 ou 54 qui est situé sur la surface annulaire radialement à l'intérieur de la garniture de friction 15 ou 16 a en outre pour fonction de rendre étanche l'enceinte de travail 28 ou 29 La rainure annulaire 55 ou 56 détermine un espace libre dans lequel la paroi 57 ou 58 peut se dilater à la suite d'un échauffement dû au frottement contre l'épaulement annulaire 54, ainsi que cela est montré par des lignes en tiretés à la figure 6 Ceci est encore plus facilité quand la disque d'accouplement 7 et l'anneau de freinage 22 sont constitués en acier et les garnitures de friction 15 et 16 en liège-caoutchouc, les garnitures de friction présentant un coefficient de dilatation thermique supérieur d'environ dix fois à celui de la bride d'accouplement 7 et de l'anneau de freinage 22 On obtient ainsi automatiquement un interstice d'étranglement constant et indépendant de l'échauffement entre l'épaulement annulaire 53 et la paroi 57 ainsi qu'entre l'épaulement annulaire 54 et la paroi 58 En outre, entre la surface périphérique externe du disque d'accouplement 11 et la surface périphérique interne de la chambre d'accouplement 17 est prévu un très étroit interstice à fonction d'étranglement, comme dans le mode de réalisation selon les figures 1 à 3. - REVENDICATIONS 1 Dispositif d'accouplement et de freinage pouvant être commuté par un fluide compressible, notamment pneumatique, comprenant un arbre d'entrée et un arbre de sortie ( 5, 8) qui sont montés dans un bottier ( 1) et se terminent dans une chambre d'accouplement ( 17) du boîtier ( 1), une bride d'accouplement ( 7) reliée de façon fixe en rotation avec l'arbre d'entrée ( 5) et un disque de friction ( 12) étant disposés dans la chambre d'accouplement, le disque de friction ( 12) subdivisant la chambre d'accouplement ( 17) en deux enceintes de travail ( 28, 29) auxquelles peuvent être appliquées des pressions différentes et pouvant être pressé sur la bride d'accouplement ( 7) ou sur une surface frontale ( 49) de la chambre d'accouplement ( 17) avec interposition d'une garniture de friction ( 15, 16), caractérisé en ce que la surface ( 47; 49) de la bride d'accouplement ( 7) et/ou de la chambre d'accouplement ( 17) qui est tournée vers la surface de frottement de la garniture de friction concernée ( 15,, 16) comprend une rainure annulaire concentrique à l'axe de rotation des arbres. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de la rainure annulaire ( 48; 50) est supérieure, de préférence d'au moins une fois et demie, à la valeur d'usure maximale de la garniture de friction ( 15; 16). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur de la rainure annulaire ( 48; 50), quand il s'agit d'une garniture de friction à grains ( 15; 16) est supérieure, et de préférence d'au moins une fois et demie, à l'importance des grains de la garniture de friction ( 15; 16). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la garniture de friction ( 15; 16) comprend du liège-caoutchouc d'une dimension de grains d'environ 1 mm. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bride d'accouplement ( 7) et/ou la surface ( 49) de la chambre d'accouplement ( 17) qui est tournée vers la garniture de friction ( 15; 16) comprend un épaulement annulaire ( 53; 54) en saillie axiale, qui repose par sa surface annulaire radialement à l'extérieur contre la surface annulaire radialement à l'intérieur de la garniture il - de friction ( 15; 16). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaulement annulaire ( 53; 54) limite la rainure annulaire ( 48; 50). 7 Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la garniture de friction ( 15; 16) présente à proximité de sa surface annulaire qui est radialement à l'intérieur une rainure annulaire ( 55; 56) concentrique à l'axe de rotation des arbres. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le disque de friction ( 12) comprend un disque d'accouplement ( 11) monté de façon à pouvoir se déplacer axialement par rapport à l'arbre de sortie ( 8) dans chaque état de charge et au moins un disque couple flexible ( 14), le disque couple ( 14) est monté de façon fixe en rotation et axialement immobile sur l'arbre de sortie ( 8) et fixe en rotation sur la périphérie du disque d'accouplement ( 11), et peut être monté de façon à pouvoir se déplacer axialement avec ce dernier, et le disque couple ( 14) est susceptible d'être sollicité par la même pression sur ses deux côtés.