Brevet FR2696217A1 — publié le 19940401

BOITIER DE PALIER EN POLYMERE Cette invention se rapporte d'une manière générale à des boîtiers de palier pour des paliers rotatifs, et plus particulièrement des boîtiers pour des roulements à billes et à rouleaux anti-friction à auto-alignement. Afin d'accepter le défaut d'alignement d'un arbre dans les paliers anti-friction, la bague extérieure des paliers peut être réalisée avec une surface convexe sphérique extérieure prévue pour un engagement correspondant avec une surface concave sphérique d'un boîtier dans lequel sont supportés les paliers. Ces boîtiers de palier peuvent être du type bloc ayant une partie de chapeau supérieure et une partie inférieure avec des pattes de montage pourvues d'ouverture s'étendant vers 1' extérieur ou d'une configuration du type à bride. Dans certaines applications de boîtier de palier, tel que par exemple dans l'industrie alimentaire, les boîtiers de palier sont soumis continuellement à des produits chimiques corrosifs, des changements extrêmes de température et de la vapeur sous haute pression. Historiquement, afin de supporter ces conditions, ces boîtiers de palier ont été fabriqués en fonte et galvanisés ou bien coulés et usinés en acier inoxydable, avec pour résultat des coûts de fabrication élevés. Même lorqu'ils sont réalisés en fonte galvanisée, les boîtiers de palier peuvent rouiller du fait de l'éclatement du revêtement en nickel pendant l'installation du boîtier de palier ou du fait du décollement ou d'un autre endommagement du revêtement de nickel pendant l'exposition répétée à de la vapeur sous haute pression ou d'autres conditions néfastes. Un autre problème associé aux boîtiers de palier réalisés en fonte galvanisée est le coût des rejets dans l'environnement des sous-produits de fabrication. Des blocs et d'autres boîtiers de palier réalisés en Nylon renforcé de verre ou dans des polymères similaires ont été proposés pour certaines applications. Toutefois, bien que ces matières résistent à la corrosion, les boîtiers de palier réalisés dans ces matières n'ont pas une rigidité et un couple de retenue à long terme corrects pour empêcher la rotation du palier dans le boîtier. De même, ils ne sont pas suffisamment résistants au fluage, à l'absorption d'humidité, et à la déformation thermique pour permettre leur utilisation dans les applications décrites ci-dessus et ne sont généralement pas approuvés pour une utilisation dans l'industrie alimentaire L'usinage a été utilisé afin de procurer l'alésage concave sphérique des boîtiers de palier réalisé en fonte ou en acier.En variante, des boîtiers de palier en deux pièces réalisés en Nylon renforcé de verre ont été proposés avec de multiples sections de coquille qui sont guidées par des rainures ou des queues d'aronde afin de serrer le palier dans un siège de palier. Le moulage ou la coulée de l'alésage concave sphérique sous la forme d'un boîtier de palier d'une seule pièce fini réalisé en fonte, en acier ou en Nylon renforcé de verre n'est pas pratique. Ce qui précède illustre les limitations connues dans les boîtiers de palier actuels. I1 est ainsi évident qu'il serait avantageux de prévoir une variante destinée à surmonter une ou plusieurs des limitations exposées ci-dessus. Par conséquent, une variante appropriée comprenant les caractéristiques divulguées ci-après est prévue. Selon un aspect de la présente invention, ceci est réalisé en prévoyant un boîtier de palier en polymère ayant une combinaison améliorée de manière significative de rigidité, de couple de retenue, et de résistance à l'humidité, au fluage, à la déformation thermique à l'éclatement et la corrosion. Le boîtier de palier comporte une partie de corps d'une seule pièce moulée par injection dans une matière choisie dans le groupe constitué essentiellement par les polysulfones, les polyéther-éther-cétones, les polyphtalamides. La partie de corps possède des parties de montage prévues pour la fixation du boîtier de palier sur une surface de support et un alésage transversal ayant un siège de palier annulaire concave sphérique afin de supporter de façon oscillante une bague extérieure convexe d'un palier.Des renfoncements s'étendant axialement de manière diamétralement opposée dans le siège de palier facilite l'insertion de la bague extérieure après moulage de la partie de corps. Les aspects précédents, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de l'invention faite en liaison avec les dessins annexés. La figure 1 est une vue illustrant une forme de réalisation du boîtier de palier en polymère de la présente invention, représentant le dessus, l'extrémité gauche et l'avant de celui-ci; La figure 2 est une vue de face partiellement en coupe de la forme de réalisation de la figure 1; La figure 3 est une vue de dessous de la forme de réalisation de la figure 1; La figure 4 est une vue de dessus de la forme de réalisation de la figure 1; La figure 5 est une vue en coupe de la forme de réalisation de la figure 1 le long de la ligne 5-5 de la figure 2; La figure 6 est une vue en coupe illustrant une deuxième forme de réalisation du boîtier de palier en polymère de la présente invention; et La figure 7 est une vue en coupe de la forme de réalisation de la figure 6, le long de la ligne 7-7 de la figure 6. Dans cette description, les éléments identiques des différentes formes de réalisation portent des références identiques. Si l'on se réfère maintenant aux dessins, les figures 1 à 5 illustrent un boîtier de palier 10 du type bloc ayant une partie de corps d'une seule pièce réalisée avec une partie de chapeau supérieure 12 et des pattes de montage inférieures dirigées vers l'extérieur 14 et 16 avec des ouvertures de montage destinées à fixer le boîtier de palier 10 sur une surface de support. Les ouvertures de montage sont des fentes allongées avec des manchons de montage en acier inoxydable 18 et 20 (figures 1 et 3) en ajustement serré dans celles-ci afin de résister à la rupture des pattes de montage 14 et 16 lors du serrage de boulons ou d'autres éléments de fixation. La partie de chapeau 12 est réalisée avec un alésage transversal 22 ayant un siège de palier annulaire concave sphérique 24 pour un engagement correspondant avec une surface convexe sphérique extérieure de la bague extérieure d'un palier non représenté. Le siège de palier 24 supporte de façon oscillante la bague extérieure de palier et procure un auto-alignement du palier afin de permettre un défaut d'alignement du boîtier de palier 10 par rapport à un arbre supporté par le palier. Comme cela est illustré sur la figure 5, le siège de palier 24 est un segment annulaire d'une sphère coaxiale à l'alésage transversal 22 et ayant un diamètre légèrement supérieur au diamètre de l'alésage transversal 22. Le siège de palier 24 comprend des renfoncements de chargement s'étendant axialement de manière diamétralement opposée 26 et 28 qui ont une hauteur correspondant à l'épaisseur de la bague extérieure du palier. La profondeur radiale des renfoncements de chargement 26 et 28 est suffisante pour permettre au palier d'être incliné à 90" par rapport à sa position installée normale et chargée dans le boîtier de palier 10. Lors de la rotation consécutive du palier vers sa position installée normale, la bague extérieure du palier réalise un ajustement serré avec le siège de palier 24 et est retenue axialement par le diamètre diminuant axialement de la surface concave sphérique. Le siège de palier 24 comprend une rainure de lubrification annulaire 30 (figures 1 et 5) destinée à procurer du lubrifiant aux billes ou aux rouleaux du palier en passant par de petites ouvertures dans la bague extérieure du palier positionnée sur la rainure de lubrification 30. La partie de chapeau 12 comprend un bloc de montage d'un seul tenant 32 avec une ouverture de lubrification 34 (figures 2 et 4) prévue pour recevoir un graisseur 33 (figure 1). La rainure de lubrification 30 est en communication de fluide avec l'ouverture de lubrification 34 et est axialement en arrière des ouvertures de chargement 26 et 28 afin de limiter le passage du lubrifiant. Du fait que les ouvertures de chargement 26 et 28 sont à l'avant du boîtier de palier 10, les emplacements de montage particulier peuvent nécessiter une configuration de boîtier de palier "droit" ou "gauche" afin de permettre une lubrification convenable du palier ainsi qu'un remplacement convenable du palier. La partie de chapeau supérieure 12 comprend un autre bloc de montage d'un seul tenant 38 (figures 1, 2 et 4) destiné à monter un graisseur 33 afin de permettre un positionnement à "gauche" pour la lubrification du palier. Le boîtier de palier 10 comprend des nervures de renforcement 40 qui s'étendent latéralement vers l'extérieur depuis la partie de chapeau 12 et encerclent partiellement les ouvertures de montage des pattes de montage 14 et 16 mais laissent un espace suffisant pour des boulons de montage, des clés et autres moyens de fixation. Comme cela est illustré sur la figure 5, la partie de chapeau 12 est renfoncée axialement par rapport à la base des pattes de montage 14 et 16 afin de permettre à une clé ou un autre outil d'actionner une vis, une came ou un autre dispositif de blocage qui peut être prévu pour bloquer le palier sur un arbre. Le boîtier de palier 10 est particulièrement configuré pour une résistance et une précision dimensionnelle lorsqu'il est fabriqué par moulage par injection. Un canal de dégagement supérieur 42, des canaux de dégagement inférieurs 44, et une partie de dégagement cylindrique 46 servent à contrôler la section du boîtier de palier 10. Il en résulte que la partie de corps du boîtier de palier 10 peut être moulée par injection sous la forme d'un bloc fini, sans nécessiter des opérations d'usinage secondaires, prêt à recevoir le palier, le graisseur 33 et les manchons de montage 18 et 20. Du fait que le diamètre du siège de palier 24 est supérieur au diamètre d'entrée de l'alésage transversal 22, le boîtier de palier 10 ne peut être moulé avec des techniques et un outillage de moulage par injection traditionnels. Le siège de palier 24 doit être réalisé dans une matière relativement rigide, amenant la partie de chapeau 12 à se briser si un outillage de moulage traditionnel était retiré axialement après un moulage par injection. A la place d'un outillage de moulage traditionnel, un outillage de moulage avec un noyau rétractable est utilisé pour mouler par injection la dimension interne du siège de palier 24 qui est supérieure à l'ouverture d'entre de celui-ci. La matière préférée pour la partie de corps d'une seule pièce du boîtier de palier 10 est choisie dans le groupe constitué essentiellement par les polysulfones, les polyéther-éther-cétones et les polyphtalamides. Le demandeur a constaté que le Udel P1700, un polysulfone (avec ou sans charge de renforcement) vendu par Amoco Performance Products, est particulièrement adapté pour le boîtier de palier à haute performance de la présente invention. Cette matière permet la stérilisation et se conforme aux normes de contact alimentaire de l'industrie alimentaire. Des essais du boîtier de palier 10 par le demandeur ont déterminé qu'il possédait une combinaison améliorée de manière significative des propriétés suivantes : rigidité, couple de retenue à long terme, et résistance à l'absorption de l'humidité, au fluage, à la déformation thermique, à l'éclatement et à la corrosion. Différents tests d'endurance modifiés ont été réalisés, en comparant des échantillons de la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus avec des échantillons de boîtier de palier réalisés en Nylon renforcé de verre et en fonte. Les critères de performance des échantillons sont mesurés en fonction de la charge radiale appliquée et de la durée du test. D'une manière significative, le demandeur a découvert que la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus présentait une perte de couple de retenue acceptable lorsqu'elle est soumise à des charges radiales importantes pendant des durées prolongées. Au contraire, les paliers réalisés en Nylon renforcé de verre, qui avaient un couple de retenue initial légèrement inférieur à la forme de réalisation préférée, ont perdu pratiquement tout le couple de retenue lorsqu'ils ont été soumis aux mêmes charges radiales pendant les mêmes durées. Il en résulte que les paliers dans ces boîtiers de palier peuvent tourner par rapport au boîtier. Les résultats de tests choisis représentant cette différence importante sont les suivantes BLOC EN POLYMERE, COUPLE DE RETENUE DE PALIER Temps écoulé Numéro Matière Couple (cm-kg) palier boîtier horiz. vert. paliers du groupe 1 447-91 Udel* 202-230 173-202 tels qu'installés 448-91 Nylon** 173-202 173-202 449-91 Udel 202-230 173-230 450-91 Nylon 173-173 173-202 paliers du groupe 1 447-91 Udel 202-202 230-230 après 254 heures de 448-91 Nylon 6-12 6-12 fonctionnement 449-91 Udel 144-173 144-144 statique et dynamique 450-91 Nylon 6-12 6-12 avec des charges radiales jusqu'à 363 kg paliers du groupe 2 555-91 Udel 173-202 173-173 tels qu'installés dans 556-91 Nylon 12-29 12-29 les mêmes boîtiers que 557-91 Udel 173-173 173-173 les paliers du groupe 558-91 Nylon 12-29 29-29 1 paliers du groupe 2 555-91 Udel 115-144 115-144 après 104 heures de 556-91 Nylon 0-0 0-0 fonctionnement 557-91 Udel 104-115 104-115 statique et dynamique 558-91 Nylon 6-6 6-6 avec des charges radiales de 363 à 544 kg * Udel JF 120FG, polysulfone alimentaire avec 20% de renfort de verre. ** Dupont Zytl 70G33, Nylon type 6/6 avec 33% de renfort de verre. Les figures 6 et 7 illustrent une deuxième forme de réalisation de la présente invention incorporant des caractéristiques additionnelles. Le boîtier de palier 48 comprend une bande métallique 50 qui est insérée lors du moulage dans la partie de corps de celui-ci. La bande métallique 50 s'étend entre les ouvertures de montage des pattes de montage 52 et 54 et à travers la partie de chapeau 56 afin de procurer une retenue additionnelle de la piste extérieure du palier et d'un arbre sur lequel est monté le palier en cas de défaillance catastrophique du palier. La bande métallique 50 peut être ainsi considérée comme une caractéristique "de sécurité". Le boîtier de palier 48 comprend également un ressort de compression 58 destiné à rappeler de manière élastique la bague extérieure du palier et la surface de support afin de procurer une mise à la masse électrique du palier et d'un arbre sur lequel est monté le palier. A la place du ressort de compression 58, un ressort à lame ou une autre forme de moyens de mise à la masse par contact électrique peut être utilisé. La partie de corps du boîtier de palier 48 est réalisée avec une ouverture de mise à la masse 68 qui peut être décalée axialement comme cela est représenté sur la figure 7 afin d'éviter une interférence avec la rainure de lubrification 30. Une cavité indicatrice 62 peut être prévue au sommet de la partie de chapeau 56, comme cela est illustré sur les figures 6 et 7, ou dans d'autres emplacements facilement observables, afin de recevoir une matière d'indication de température 64. Différents alliages eutectiques, par exemple un alliage à 18,1% de bismuth, 36,2% de plomb et 45,7% d'étain avec un point de fusion de 152 C, peuvent être versés dans la cavité indicatrice 62 et amenés à se solidifier ou bien être placés dans la cavité sous la forme d'une pastille préformée. La fusion et l'écoulement de cet alliage eutectique avec un point de fusion prédéterminé fournit une indication visuelle que le palier fonctionne audelà de sa température de fonctionnement maximum. D'autres matières d'indication de température appropriées sont disponibles dans le commerce sous la forme de pastilles ou d'étiquettes qui fondent ou bien changent de couleur en réponse à l'atteinte d'une température prédéterminée. Par exemple, les TempilPellets, les Tempilabels, et les dispositifs TempAlarm disponibles auprès de Tempil Division, Big Three Industries, Inc., peuvent être utilisés à la place de l'alliage eutectique décrit précédemment. Un bloc d'indication de température 66 peut être réalisé avec un canal afin de permettre à la matière d'indication de température 64 de s'écouler hors de la cavité indicatrice 62 de façon à améliorer le changement visuel provoqué par la température de fonctionnement maximum qui est atteinte. D'après ce qui précède, il est évident que la présente invention procure un bloc moulé par injection fini ne nécessitant aucune opération d'usinage secondaire pour former le siège de palier concave sphérique. Les sections de paroi minimales de la partie du corps assurent une dissipation de chaleur correcte. La partie de corps en polymère et les manchons de montage en acier inoxydable résistent à l'humidité et à une large gamme de produits chimiques sans dégradation significative et procurent un boîtier de palier virtuellement sans rouille, même lorsqu'un éclatement de surface se produit. Le boîtier de palier peut directement remplacer les boîtiers de palier en fonte galvanisée précédemment utilisés. De plus, le boîtier de palier en polymère de la présente invention procure une résistance correcte au support de charges jusqu'à la charge limite du palier inséré et répond aux exigences dimensionnelles. La partie de corps en polymère peut fonctionner à des températures suffisamment élevées avec un couple de retenue suffisant du palier et procure une résistance à la déformation thermique pendant une longue durée de fonctionnement. Le boîtier de palier peut facilement être moulé avec un coup de fabrication raisonnable. Une bande métallique "de sécurité" d'un seul tenant, des graisseurs et des rainures de lubrification, une mise à la masse électrique, et des caractéristiques d'indication de température peuvent être incorporés. REVENDICATIONS 1. Boîtier de palier ayant une combinaison des propriétés suivantes : rigidité, couple de retenue, et résistance à l'absorption d'humidité, au fluage; à la déformation thermique, à l'éclatement et à la corrosion, caractérisé en ce qu'il comporte une partie de corps d'une seule pièce moulée par injection dans une matière choisie dans le groupe constitué essentiellement par les polysulfones, les polyéther-éther-cétones et les polyphtalamides, ladite partie de corps étant réalisée avec des parties de montage (14, 16; 52, 54) ayant des ouvertures de montage prévues pour la fixation du boîtier de palier sur une surface de support; et ladite partie de corps étant réalisée avec un alésage transversal (22) ayant un siège de palier annulaire concave sphérique (24) afin de supporter de façon oscillante une bague extérieure convexe d'un palier, ledit siège de palier (24) comprenant des renfoncements s'étendant axialement de manière diamétralement opposée (26, 28) afin de faciliter l'insertion de la bague extérieure dans le siège de palier (24) après moulage de la partie de corps. 2. Boîtier de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de renforcement métalliques (18, 20) dans les ouvertures de montage afin de renforcer les ouvertures de montage et augmenter la stabilité du boîtier de palier. 3. Boîtier de palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures de montage de la partie de corps sont des fentes allongées destinées à recevoir des boulons de montage et les moyens de renforcement métalliques (18, 20) comprennent un manchon métallique avec un ajustement serré dans chacune des fentes allongées. 4. Boîtier de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège de palier (24) comprend une rainure de lubrification annulaire (30) destinée à amener du lubrifiant vers des ouvertures de lubrification dans la bague extérieure et en ce que la partie de corps comprend des moyens de lubrification (32, 33, 34), en communication de fluide avec la rainure de lubrification annulaire (30), afin de recevoir du lubrifiant. 5. Boîtier de palier selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de lubrification comprennent au moins un bloc moulé d'un seul tenant (32) ayant une ouverture de lubrification (34) prévue pour recevoir un graisseur (33) , l'ouverture de lubrification (34) étant en communication de fluide avec la rainure de lubrification annulaire (30). 6. Boîtier de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bande (50) insérée lors du moulage dans la partie de corps et s'étendant entre des ouvertures de montage afin de procurer une retenue additionnelle de la bague extérieure du palier et de l'arbre sur lequel est monté le palier. 7. Boîtier de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mise à la masse (58) dans la partie de corpus, les moyens de mise à la masse (58) étant prévus pour rappeler élastiquement la bague extérieure de palier et la surface de support, afin de procurer une mise à la masse électrique du palier et d'un arbre sur lequel est monté le palier. 8. Boîtier de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de corps comprend des moyens d'indication (62, 64, 66) destinés à procurer une indication visible qu'une température de fonctionnement maximum prédéterminée du palier et du boîtier de palier a été atteinte. 9. Boîtier de palier selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie de corps comprend une cavité (62) destinée à recevoir une matière indiquant la température (64) de telle sorte que la matière indiquant la température (64) fond et s'écoule hors de la cavité (62) lorsque la température de fonctionnement maximum prédéterminée est atteinte. 10. Boîtier de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de la partie de corps comprend en outre une charge de renforcement. 11. Boîtier de palier selon la revendication 1, dans lequel la matière de la partie de corps est essentiellement du polysulfone. 12. Boîtier de palier du type bloc à performances élevées, caractérisé en ce qu'il comporte une partie de corps d'une seule pièce moulée par injection dans une matière choisie dans le groupe constitué essentiellement par les polysulfones, ladite partie de corps étant réalisée avec une partie de chapeau supérieure (12) et des pieds de montage inférieurs (14, 16; 52, 54) ayant des ouvertures de montage prévues pour la fixation du boîtier de palier sur une surface de support; et ladite partie de chapeau (12) étant réalisée avec un alésage transversal (22) ayant un siège de palier annulaire concave sphérique (24) afin de supporter de façon oscillante une bague extérieure convexe d'un palier, ledit siège de palier (24) comprenant des renfoncements s'étendant axialement de manière diamétralement opposée (26, 28) afin de faciliter l'insertion de la bague extérieure dans le siège de palier (24) après moulage de la partie de corps. 13. Boîtier de palier selon la revendication 12, caractérisé en ce que les ouvertures de montage des pieds de montage (14, 16; 52, 54) sont des fentes allongées destinées à recevoir des boulons de montage et les moyens de renforcement métalliques (18, 20) comprennent un manchon métallique avec un ajustement serré dans chacune des fentes allongées. 14. Boîtier de palier selon la revendication 12, caractérisé en ce que le siège de palier (24) comprend une rainure de lubrification annulaire (30) destinée à amener du lubrifiant vers des ouvertures de lubrification dans la bague extérieure et en ce que la partie de corps comprend des moyens de lubrification (32, 33, 34), en communication de fluide avec la rainure de lubrification annulaire (30), afin de recevoir du lubrifiant. 15. Boîtier de palier selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de lubrification comprennent au moins un bloc moulé d'un seul tenant (32) ayant une ouverture de lubrification (34) prévue pour recevoir un graisseur (33) r ouverture de lubrification (34) étant en communication de fluide avec la rainure de lubrification annulaire (30). 16. Boîtier de palier selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bande (50) insérée lors du moulage dans la partie de corps et s'étendant entre des ouvertures de montage afin de procurer une retenue additionnelle de la bague extérieure du palier et de l'arbre sur lequel est monté le palier. 17. Boîtier de palier selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mise à la masse (58) dans la partie de corps, les moyens de mise à la masse (58) étant prévus pour rappeler élastiquement la bague extérieure de palier et la surface de support, afin de procurer une mise à la masse électrique du palier et d'un arbre sur lequel est monté le palier. 18. Boîtier de palier selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie de corps comprend des moyens d'indication (62, 64, 66) destinés à procurer une indication visible qu'une température de fonctionnement maximum prédéterminée du palier et du boîtier de palier a été atteinte. 19. Boîtier de palier selon la revendication 18, caractérisé en ce que la partie de corps comprend une cavité (62) destinée à recevoir une matière indiquant la température (64) de telle sorte que la matière indiquant la température (64) fond et s'écoule hors de la cavité (62) lorsque la température de fonctionnement maximum prédéterminée est atteinte. 20. Boîtier de palier selon la revendication 6 ou 16, caractérisé en ce que la bande est réalisée en métal.