Brevet FR2704285A1 — publié le 19941028

La présente invention concerne les roulements à contact oblique à composant électronique incorporé et notamment, l'application d'un tel roulement pour une colonne de direction de véhicules automobiles terrestres. Dans de nombreux secteurs industriels, on utilise des roulements à contact oblique et, plus spécialement, des roulements de ce type auquel un composant électronique est incorporé notamment pour apprécier l'amplitude et/ou la vitesse voire l'accélération de la rotation de l'une des bagues d'un tel roulement relativement à l'autre. Tel est le cas notamment des véhicules automobiles, par exemple terrestres, lorsqu'on souhaite connaître le comportement des roues motrices et/ou directrices tant en orientation qu'en rotation. Pour ce faire, on incorpore par exemple à l'un des roulements de la colonne de direction ou des fusées de roue des composants électroniques qui permettent d'évaluer la vitesse, l'angle ou la position des organes associés à ces roulements. Grâce à de tels roulements à composant électronique incorporé, il est possible de piloter une suspension interréactive, une direction assistée, des roues directrices, la vigilance du conducteur en plaçant au moins un roulement à composant électronique par exemple sur la colonne de direction du véhicule ou un autre organe en liaison avec cette dernière. Les roulements dits à contact oblique existent sous des formes de conception simple et de précision de rotation peu importante. Les roulements de ce type sont habituellement constitués d'une bague extérieure et d'une bague intérieure faites en tôle déformée, souvent de faible épaisseur, et d'une rangée de corps roulants intercalés entre ces deux bagues. Si ce type de roulements convient bien aux utilisations pour lesquelles ils ont été conçus telle qu'une direction d'automobile, ils se prêtent toutefois difficilement à l'incorporation d'un composant électronique, en particulier du fait de l'insuffisance de la précision avec laquelle les bagues sont fabriquées car dans ce cas elles ne sont pas rectifiées et peuvent présenter des défauts de forme rédhibitoires. Des exemples de solutions de roulement à contact oblique à composant électronique incorporé sont par exemple exposées dans les documents FR 2 645 924 et EP 0 395 892. Toutefois, ces solutions ne sont pas sans inconvénients. En effet, ces solutions requièrent par exemple une parfaite maîtrise de l'entrefer des capteur et codeur du composant électronique ou soulèvent des difficultés de montage et, dans tous les cas, présentent un encombrement longitudinal relativement important et sont toujours d'un coût important. Le but de l'invention est d'offrir un roulement à contact oblique à composant électronique incorporé qui remédie à la plupart de ces inconvénients du fait, notamment, de l'optimisation du composant électronique, de la possibilité d'utilisation de matériaux bien adaptés aux fonctions qu'ils ont à assurer tout en maintenant l'encombrement à des valeurs raisonnables. L'invention a pour objet un roulement à contact oblique à composant électronique incorporé constitué, notamment, d'une bague extérieure fixe en forme de douille cylindrique qui est transpercée localement d'une rainure longitudinale et qui délimite un chemin de roulement qui se présente en arc de cercle concave en section droite méridienne et qui se termine par un rebord radial centripète, d'une bague intérieure tournante en forme de tore partiel qui délimite un chemin de roulement qui se présente en arc de cercle concave en section droite méridienne, des corps roulants qui sont interposés entre ces bagues et qui sont destinés à circuler sur leurs chemins de roulement et un composant électronique fait d'un capteur en anneau monté dans la bague extérieure et d'un codeur en couronne destiné à coopérer avec le capteur et à tourner avec la bague intérieure. Ce roulement est remarquable en ce qu'il comprend une entretoise en forme de manchon creux avec une face extérieure qui est pourvue d'une portée pour recevoir la bague intérieure et d'au moins un doigt radial centrifuge flexible et élastique et avec au moins un bout pourvu de moyens de fixation par encliquetage destinés à coopérer avec le rebord radial centripète de la bague extérieure, et est remarquable en ce que le codeur en couronne présente une surface d'entraînement avec au moins un cran destiné à recevoir un doigt radial centrifuge correspondant. L'invention a aussi pour objet l'application d'un roulement du type indiqué auparavant notamment à une colonne de direction d'un véhicule automobile terrestre. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description et des revendications qui suivent ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où - la Figure 1 est une coupe méridienne axiale, selon deux plans différents à 1200 d'un mode de réalisation d'un roulement selon l'invention; - la Figure 2 est une vue de face de l'entre- toise du roulement de la Figure 1; - la Figure 3 est une figure analogue à celle de la Figure 1 d'un autre mode de réalisation; - la Figure 4 est une vue analogue à celle la Figure 3 et illustre une autre variante d'exécution; - la Figure 5, analogue à la Figure 1, illustre un nouveau mode de réalisation; - la Figure 6 est une vue de face de l'entretoise du roulement de la Figure 5; - la Figure 7 est une vue perspective de détail d'un porte capteur d'un composant électronique incorporé à un roulement à contact oblique selon l'invention; - les Figures 8 et 9 sont des coupes locales, selon le plan Tt, de la Figure 7 illustrant des variantes d'exécution; - la Figure 10 est une vue perspective de détail à échelle agrandie illustrant la surface frottante d'un capteur d'un roulement selon l'invention; et - la Figure '.1 est un développé de cette surface frottante. Les roulements à contact oblique en général étant bien connus dans la technique ainsi que ceux, en particulier, spécialement destinés à être utilisés notamment pour des colonnes de direction de véhicules automobiles terrestres, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement 1' inven- tion. Pour le surplus, l'homme du métier du secteur technique considéré puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue, quel que soit le mode de réalisation ou sa variante dtexécution. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un roulement à contact oblique à composant électronique incorporé selon l'invention avant d'en exposer la fabrication au besoin et le montage ou le fonctionnement, par exemple pour son application particulière à une direction de véhicule automobile terrestre. Comme on le voit en particulier en examinant les figures du dessin, un roulement à contact oblique à composant électronique incorporé selon 1 r invention est constitué, essentiellement, notamment d'une bague 10 extérieure, d'une bague 20 intérieure, de corps 30 roulants interposés entre ces deux bagues, au besoin d'une cage 40 et d'un capot 50. Ce roulement est aussi constitué d'un composant 60 électronique incorporé et d'une entretoise 70. La bague extérieure 10 en forme de douille cylindrique, monobloc ou en plusieurs parties, comprend de préférence, deux parois 11, 12 étagées reliées l'une à l'autre par un disque 13 radial. Pour les raisons que l'on comprendra par la suite, la douille cylindrique est transpercée localement d'une rainure 120 longitudinale qui est pratiquée, de préférence, dans la paroi 12 du plus grand diamètre. Cette douille délimite un chemin de roulement 14 qui se présente par exemple en arc de cercle concave, en section droite méridienne, et qui se termine par un rebord 15 radial centripète. De préférence la bague extérieure est fixe. La bague intérieure 20 se présente en forme de tore partiel qui délimite un chemin de roulement 21 qui se présente par exemple en arc de cercle concave, en section droite méridienne. Des corps roulants 30, telles des billes, sont interposés ou intercalés entre les deux bagues 10 et 20 de manière à pouvoir circuler sur leur chemin de roulement respectif. S'il y a lieu une cage 40 assure notamment la répartition des corps roulants. Cette cage, de préférence en forme de cône dans sa partie médiane est prolongée par des cylindres 41, 42, de diamètres différents, à chacune des extrémités comme illustré. Ces cylindres, éventuelle ment par l'entremise de bras longitudinaux, portent de préférence des crochets, ergots, becs ou similaires 410 et 420 respectivement, sur lesquels on reviendra par la suite. Ces crochets de toutes configurations appropriées, sont de préférence biseautés ou inclinés au voisinage de leur pointe pour faciliter l'accrochage. Au besoin, un capot 50 sert à clore le roulement. Le capot 50, à section méridienne en équerre, présente une branche radiale 51 et une branche axiale 52; la branche axiale 52 est destinée à coopérer avec la douille cylindrique de la bague extérieure 10, par exemple la paroi 12 de grand diamètre. Le composant électronique 60 incorporé comprend un capteur ou récepteur 61 et un codeur ou émetteur 62 qui sont destinés à coopérer l'un avec l'autre. Le capteur 61, en anneau, monobloc ou logé dans un porte-capteur présente une surface d'appui 610, une surface frottante 611, une surface périphérique intérieure 612, une surface périphérique extérieure 613 ainsi qu'une extension radiale 614. Comme on le voit, la surface frottante 611 présente au moins un bossage 6100 et de préférence trois de manière à définir un plan au sens géométrique. Ce ou ces bossages 6100 présente(nt) un profil logarithmique par exemple de manière à assurer une bonne répartition des pressions et, ainsi, uniformiser et régulariser l'usure. Dans l'un au moins de ces bossages 6100 est incorporée une sonde 6101 de manière que celle-ci occupe une position telle que l'écart par rapport au plan qu'elle contribue à définir, reste constant et de préférence nul pour les raisons qui apparaîtront par la suite. Cette surface frottante 611 est aussi pourvue par exemple d'un épaulement 6102 de centrage. On reviendra par la suite sur tout ceci. La surface périphérique extérieure 613 comprend, de préfé rence, une zone déformable destinée à coopérer avec la douille cylindrique de la bague extérieure 10 et, plus particulièrement, avec l'intérieur de la paroi étagée 12 de grand diamètre. L'extension radiale 614 est destinée à porter ou recevoir des câbles ou fils 6140 de liaison électrique comme il est classique, pour transmettre le signal engendré par le composant électronique, lorsqu'il en émet. On reviendra par la suite sur ceci. Le codeur 62, en couronne, comprend une surface active 620 et une surface d'entraînement 621 qui lui est opposée. La surface active 620 est destinée à coopérer avec le capteur et plus particulièrement avec la surface frottante 611 de ce dernier, contre laquelle elle est au moins localement appliquée élastiquement, comme on le comprendra par la suite en reposant sur les bossages 6100 qui définissent un plan. La surface d'entraînement 621 est munie d'au moins un cran 622 et de préférence de trois régulièrement répartis angulairement, par exemple en forme de parallélipède rectangle. L'entretoise 70 en forme de manchon creux comprend une face 71 extérieure, une face 72 intérieure et deux bouts 73 et 74. La face extérieure 71 est munie d'une portée 710 destinée à recevoir la bague intérieure 20, et d'au moins un doigt 711 radial centrifuge flexible et élastique et de préférence de trois régulièrement répartis angulairement, qui est destiné à coopérer avec le cran 622 de la surface d'entraînement 621 du codeur 62, comme on le comprendra par la suite. Chaque doigt 711 est engagé dans un cran 622 correspondant de préférence sans jeu, afin de maintenir appliquée l'une contre l'autre la surface d'entraînement 621 du codeur 62 et la surface' frottante 611 du capteur 61 tout en permettant aussi de faire tourner le codeur 62 relativement au capteur 61. Pour assurer un engagement mutuel sans jeu des couples de doigt et cran, ceux-ci peuvent avoir des formes conjuguées complémentaires par exemple coniques ou prismatiques convergentes dans le sens de l'effort développé par le doigt en position de fonctionnement. S'il y a lieu la face extérieure est aussi munie d'une semelle 712. Pour les raisons que l'on comprendra par la suite, la face intérieure 72 est, de préférence, munie de rainures 720 axiales ou similaires par exemple à section droite triangulaire. Le bout 73 est muni stil y a lieu d'au moins une patte 730 ou similaire relativement flexible et élastique et de préférence de trois régulièrement répartis angulairement. Chaque patte 730 porte un crochet 731, ergot, bec ou similaire comme illustré. Ce qui a été exposé précédemment à propos des crochets 410, 420 vaut ici encore pour les crochets 731. Ces pattes avec leurs crochets sont destinées à coopérer avec le rebord radial centripète 15 de la bague extérieure 10. Comme on le comprend, les pattes à crochets de l'entretoise, d'une part, et le rebord radial centripète de la bague extérieure d'autre part, constituent des moyens de fixation par encliquetage 700. Le bout 74 opposé est muni d'une rampe 741 comme illustré pour les raisons que l'on comprendra par la suite. Cette rampe 741 est de révolution et continue ou bien discontinue en secteurs de couronne. S'il y a lieu un fourreau 80 de coincement, muni d'un chanfrein 81 conique ou similaire, sert au montage. Le chanfrein conique 81 est destiné à coopérer avec la rampe 741 comme on le comprendra par la suite. Les bagues, corps roulants, cage, capot d'une part, et composant électronique, d'autre part, sont faits dans des matériaux traditionnels et sont confectionnés selon des techniques classiques. L'entretoise et le fourreau sont, eux, de préférence faits en un matériau synthétique mis en forme par moulage. Tous les constituants d'un roulement à contact oblique à composant électronique selon l'invention sont réunis, montés et assemblés comme cela ressort clairement des figures du dessin annexé. Pour le cas particulier de l'application à une colonne de direction de véhicule automobile terrestre faite notamment d'un tube extérieur support et d'un tronçon d'arbre logé à l'intérieur de celui-ci, la bague extérieure d'un roulement selon l'invention est destinée à être engagée dans le tube extérieur et l'entretoise et le fourreau sont destinés à être enfilés sur le tronçon d'arbre. De tels tube et tronçon d'arbre ne sont pas illustrés. Un tel tronçon d'arbre peut être à section droite circulaire ou polygonale à sommets arrondis. Après avoir mis les corps roulants dans la bague extérieure, éventuellement maintenus par leur cage, on peut mettre en place la bague intérieure. La forme donnée aux crochets ou similaires de la cage facilite l'engagement et assure le maintien de l'assemblage. On peut alors procéder à l'introduction du capteur dont on insère ltextension radiale dans la rainure de la bague extérieure tout en appliquant sa face d'appui contre le disque radial de celle-ci. Les zones déformables de la surface périphérique extérieure facilitent le montage du capteur dans la bague extérieure et servent aussi à la centrer et à l'immobiliser par rapport à celle-ci. L'extension radiale du capteur logée dans la rainure de la bague extérieure assure son orientation et lui interdit toute rotation relative. S'il y a lieu, pour faciliter le montage et l'insertion tout en permettant d'assurer une certaine étanchéité comme il est classique, l'extension est munie de bourrelets déformables ou similaires appropriés judicieusement disposés. On comprend ainsi que le capteur est rendu solidaire de la bague extérieure et ainsi du logement du tube dans lequel sera placé le roulement. Une telle solidarité est essentielle pour une question de coûts, de protection optimale du capteur et aussi pour une réduction de l'encombrement. On peut alors placer le codeur sur le capteur, en les orientant relativement l'un à l'autre convenablement, de manière que la surface active de l'un soit au contact de la surface frottante de l'autre. Le centrage relatif du codeur par rapport au capteur est assuré par l'épaulement; il est clair qu'au lieu d'utiliser le diamètre intérieur du codeur en couronne pour assurer son centrage sur cet épaulement on peut utiliser la solution inverse en faisant appel à son diamètre extérieur en procédant aux transpositions appropriées. On peut alors venir coiffer le tout de l'entretoise, les doigts radiaux flexible étant engagés dans les crans correspondants. La dimension relativement importante donnée à ces crans favorise l'assemblage. Ces crans, comme on le comprendra par la suite, permettent de faire tourner le codeur par l'entremise de l'entretoise tout en autorisant un recentrage en cas d'un défaut d'alignement ou de déplacement de la colonne par rapport au capteur; ceci permet ainsi la conservation d'un signal électrique précis. On comprend donc qu'on obtient ainsi une entité indissociable facile à manipuler et prête à être installée, par simple engagement et encliquetage élastique sans avoir recours à des opérations complémentaires spéciales tel le sertissage pour constituer un tel ensemble autonome directement utilisable sans risque de le voir se séparer au cours des interventions de transport et de pose. La surface frottante du capteur est munie, de préférence, de trois bossages par exemple régulièrement disposés par exemple à 1200 l'un de l'autre et à profil par exemple logarithmique. Le développé de cette surface est illustré sur la Figure 11. Ce profil ondulé présente l'avantage de supprimer la composante de l'entrefer due aux défauts superficiels du capteur et du codeur et permet aussi de compenser les effets de variation de champ magnétique induits par ces défauts superficiels lors de l'aimantation du codeur. Le fait de placer la sonde 6101 dans un bossage 6100 qui sert à définir un plan au sens mathématique permet de pratiquement supprimer toute variations parasite du signal émis et donc d'améliorer la précision du traitement des informations. La surface active du codeur est une surface aimantée multipolaire qui est maintenue en contact permanent avec les bossages de la surface frottante du capteur par l'action des doigts flexibles radiaux. Les doigts flexibles radiaux jouant le rôle de ressorts assurent à la fois l'entraînement en rotation sans jeu du codeur et leur contact en produisant un auto-alignement. Une telle solution présente l'avantage d'offrir tous les degrés de liberté nécessaires à une compensation de défauts d'alignement. Ces doigts de configuration courbes comme illustré suppriment tout jeu circonférentiel et plaquent en permanence le codeur contre le capteur avec une pression constante pour une grande course du fait, notamment, de l'incurvation utilisée et de la variation de l'épaisseur choisie. Cette constance de l'effort pratiquement indépendante de la position, permet de compenser efficacement les tolérances résultant de l'empilement des cotes de l'assemblage des constituants du roulement selon l'invention. Ceci fait, on peut engager la bague extérieure par exemple dans un tube de colonne de direction où elle est emmanchée par frettage de la paroi de petit diamètre de la douille, la mise en place longitudinalement ou axiale étant assurée par le contact du disque contre la tranche radiale libre du tube. On peut alors mettre en place le tronçon d'arbre de colonne en l'enga geant au travers de l'entretoise, puis insérer s'il y a lieu un fourreau de coincement qui adapte le roulement à la colonne proprement dite. On voit donc qu'ainsi le capteur est totalement solidaire de la bague extérieure, et donc du logement dans lequel elle est insérée, et que le codeur est entraîné en rotation sans jeu par l'entretoise tout en disposant de degrés de liberté pour assurer son bon centrage par rapport au capteur. L'utilisation de moyens de fixation par encliquetage évite d'avoir à procéder à une fermeture du roulement sur lui-même; ceci résulte de la mise en prise des crochets de l'entretoise avec le rebord de la bague extérieure. Une autre solution consiste à utiliser une cage pourvue elle-même de crochets, comme illustré sur un mode de réalisation. S'il y a lieu, la fermeture du roulement est parachevée par la mise en place d'un capot fixée de toute manière appropriée classique. Tous les constituants d'un roulement à contact oblique et composant électronique incorporé selon l'invention, qu'ils soient métalliques ou en matières synthétiques, sont faciles à obtenir, ce qui en réduit ainsi fortement le coût. Ceci est tout spécialement le cas de l'entretoise qui peut être faite par moulage et dont la configuration permet un démoulage axial simple sans avoir à utiliser un moule à noyaux mobiles; en effet, les doigts et pattes disposés à deux extrémités opposées ont par exemple chacuns une symétrie cylindrique de révolution d'ordre trois et décalée relativement de tut/6. Un tel roulement convient particulièrement bien aux divers types de colonnes de direction auxquelles l'adaptation est facilitée par la présence du fourreau de coincement notamment. On observera qu'un tel roulement selon l'invention forme une entité robuste et autonome dans laquelle le composant électronique est particulièrement bien protégé, y compris lors de l'assemblage, et dont l'encombrement axial est particulièrement restreint. Des avantages de la solution selon l'invention résultent notamment du fait qu'il est constitué de constituants extrêmement simplifiés et qu'il comprend un composant électronique dont la fixation est en partie assurée sur la bague extérieure et dont le centrage et le guidage sont assurés par des doigts flexibles élastiques qui sont aptes à compenser tout défaut d'alignement. Ce qui précède met bien en lumière les particularités de l'invention, montre l'intérêt qu'elle offre et fait ressortir les avantages qu'elle apporte. REVENDICATIONS 1 - Roulement à contact oblique à composant électronique incorporé constitué, notamment, d'une bague (10) extérieure fixe en forme de douille cylindrique qui est transpercée localement d'une rainure (120) longitudinale et qui délimite un chemin de roulement (13) qui se présente en arc de cercle concave en section droite méridienne et qui se termine par un rebord (15) radial centripète, d'une bague (20) intérieure tournante en forme de tore partiel qui délimite un chemin de roulement (21) qui se présente en arc de cercle concave en section droite méridienne, des corps roulants (30) qui sont interposés entre les bagues (10, 20) et qui sont destinés à circuler sur leurs chemins de roulement (13, 21), d'un composant électronique (60) fait d'un capteur (61) en anneau monté dans la bague extérieure (10) et d'un codeur (62) en couronne destiné à coopérer avec le capteur (61) et à tourner avec la bague intérieure (20), roulement caractérisé en ce qu'il comprend une entretoise (70) en forme de manchon creux avec une face (71) extérieure pourvue d'une portée (710) pour recevoir la bague intérieure (20) et d'au moins un doigt (711) radial centrifuge flexible et élastique, et au moins un bout (73) pourvu de moyens de fixation (700) par encliquetage destinés à coopérer avec le rebord radial centripète (15) de la bague extérieure (10), et en ce que le codeur en couronne (62) présente une surface (621) d'entraînement avec au moins un cran (622) destiné à recevoir un doigt radial centrifuge (711) correspondant. 2 - Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation (700) comprennent au moins une patte (730) axiale avec un crochet (731). 3 - Roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (61) en anneau présente une surface (613) périphérique extérieure pourvue de zones déformables destinées à coopérer avec l'intérieur de la douille cylindrique de la bague extérieure (10). 4 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur en anneau (61) présente une surface frottante (611) contre laquelle est destiné à être appliqué le codeur en anneau (62), et qui est pourvue d'un épaulement (6102) de centrage de ce dernier (62). 5 - Roulement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface frottante (611) présente au moins un bossage (6100) à profil. 6 - Roulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un au moins des bossages (6100) inclut une sonde (6101) sensible. 7 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entretoise présente une face (72) intérieure pourvue de rainures (720) axiales. 8 - Roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les rainures axiale (720) ont une section droite triangulaire. 9 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 équipé d'une cage (40) à corps roulants (30), caractérisé en ce que cette cage se présente en cône médian avec des cylindres (41, 42) de diamètres différents munis de crochets (410, 420) destinés à coopérer les uns avec le rebord radial centripète (15) de la bague extérieure (10) et les autres avec la bague intérieure (20). 10 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'entretoise (70) présente un autre bout (74) avec des prolongations (740) axiales destinées à coopérer avec un fourreau (80) de coincement. 11 - Application d'un roulement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10 notamment à une direction de véhicule automobile terrestre.