Brevet FR2750181A1 — publié le 19971226

l Roulement d'orientation à capteur intégré. La présente invention concerne un roulement d'orientation du type capable d'assurer la rotation d'une partie mobile par rapport à une partie fixe. La partie fixe peut être par exemple la coque d'un navire, le châssis d'un véhicule terrestre tel qu'un char de combat, ou encore la partie inférieure d'une grue à tour. La partie mobile sert de support aux équipements nécessitant une orientation angulaire, par exemple la tourelle du char ou la partie supérieure de la grue à tour. Dans ces différentes applications, le besoin est apparu de connaître de façon précise, la position et/ou la vitesse angulaire de la partie mobile par rapport à la partie fixe. Dans le cas des grues à tour, la connaissance de la position de la partie supérieure de la grue qui comprend une flèche permet de prévenir d'éventuelles collisions de flèches entre deux grues d'un même chantier. Dans ce but, on connait l'utilisation de codeurs équipés de pignons qui engrènent sur la denture du roulement d'orientation ou sur une denture séparée. On peut également utiliser des détecteurs de proximité inductifs sur les dents de la denture, ou encore des résolveurs de grand diamètre. Toutefois, ces différents systèmes, soit s'usent rapidement et occasionnent des erreurs de mesure dues aux jeux de fonctionnement et au vieillissement du matériel, soit sont onéreux, délicats à régler, encombrants et nécessitent des interfaces complexes. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, en proposant un roulement d'orientation équipé d'un capteur, compact, prémonté et réglé en usine et ne nécessitant pas d'entretien. La présente invention a pour objet de proposer un roulement d'orientation équipé d'un capteur intégré audit roulement. Le roulement d'orientation, selon l'invention, est du type destiné à assurer la rotation d'une structure mobile par rapport à un châssis au moyen d'une couronne dentée. Le roulement comprend une bague tournante et une bague non tournante entre lesquelles sont disposés une rangée d'éléments roulants. Le roulement d'orientation comprend un moyen capteur de position intégré audit roulement. Un tel capteur est capable de fonctionner dans un environnement rendu difficile par la présence de graisse, d'huile ou de poussière, et est parfaitement adapté à des applications extérieures telles que des engins militaires ou de travaux publics. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen capteur comprend au moins un capteur solidaire de l'une des bagues du roulement et un codeur solidaire de l'autre bague et disposé en regard et à faible distance du capteur. Avantageusement, le capteur est disposé dans un trou traversant prévu dans la bague dont il est solidaire. Dans un mode de réalisation de l'invention, le codeur comprend un ruban souple magnétisé à pôles alternés. Le ruban peut comprendre une couche de plastoferrite disposée entre une bande de protection en acier amagnétique et une bande de support. Dans un mode de réalisation de l'invention, le capteur est disposé radialement par rapport au codeur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le codeur est logé dans une rainure disposée sur une surface cylindrique de la bague dont il est solidaire. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen capteur comprend deux capteurs. Le codeur comprenant deux extrémités non jointives, le roulement d'orientation peut comprendre une unité de traitement des informations émises par les capteurs, capable de détecter une information anormale provenant d'un capteur situé en face des extrémités non jointives du codeur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le roulement d'orientation comprend des moyens d'étanchéité définissant entre les deux bagues, un espace clos à l'intérieur duquel sont disposés les éléments roulants et le moyen capteur. Grâce à l'invention, le roulement d'orientation à capteur intégré ne nécessite aucun entretien et n'est pas sujet aux erreurs de mesure dues aux jeux des mécanismes tels que des engrenages ou aux tolérances de fabrication de ces mêmes composants. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure unique est une vue partielle en coupe, selon un plan passant par son axe, du roulement d'orientation selon l'invention. Comme on peut le voir sur la figure unique, le roulement d'orientation d'axe vertical comprend une bague intérieure 1, une bague extérieure 2, un codeur 3, au moins un capteur 4 et une rangée d'éléments roulants 5. La bague intérieure 1 comprend une surface cylindrique extérieure 6 sur laquelle est prévu un chemin de roulement 7 et la bague extérieure 2 comprend un alésage 8 sur lequel est prévu un chemin de roulement 9. Les éléments roulants 5 sont disposés entre le chemin de roulement 7 de la bague intérieure 1 et le chemin de roulement 9 de la bague extérieure 2. La bague intérieure 1 est destinée à être fixée à un châssis ou à une structure (non représentée) munie d'une couronne dentée pour assurer la rotation, et comprend une rainure de fixation 10. La surface cylindrique extérieure 6 de la bague intérieure 1 est limitée, d'un côté, par la surface radiale la et, de l'autre côté, par la surface radiale lb. Une rainure annulaire 11 est disposée sur la surface cylindrique extérieure 6 de la bague intérieure 1, axialement entre les éléments roulants 5 et la surface radiale lb. La rainure 11 est de largeur nettement supérieure à sa profondeur et est pourvue de bords radiaux. La rainure 11 est destinée à recevoir le codeur 3 qui sera décrit plus loin. La bague extérieure 2 est percée d'un trou traversant 12 radial, dans lequel est disposé le capteur 4 de façon qu'il se trouve disposé radialement en face du codeur 3. Le capteur 4 fait légèrement saillie radialement vers l'intérieur du roulement par rapport à l'alésage 8 de la bague extérieure 2, pour définir un entrefer déterminé entre le capteur 4 et le codeur 3. Le capteur 4 est relié par un câble 13 à des moyens de traitement de l'information, tels qu'un boîtier électronique non représenté. La bague extérieure 2 comprend, sur son alésage 8, à proximité du capteur 4, une rainure 14 dans laquelle est disposé un joint d'étanchéité 15 qui fait saillie radialement vers l'intérieur du roulement et vient en contact de frottement avec la surface radiale lb de la bague intérieure 1. La bague intérieure 1 comprend, de même, sur sa surface cylindrique extérieure 6, axialement à l'opposé du codeur 3, une rainure annulaire 16 dans laquelle est disposé un joint d'étanchéité 17 qui fait saillie radialement vers l'extérieur du roulement et vient en contact de frottement avec la surface radiale 2a de la bague extérieure 2. Ainsi, entre les bagues intérieure 1 et extérieure 2 et les joints d'étanchéité 15 et 17, est défini un espace clos dans lequel sont logés le codeur 3, le capteur 4 et les éléments roulants 5 qui sont ainsi protégés contre d'éventuelles pollutions par de la graisse, de la poussière ou de l'eau. Le codeur 3 comprend un ruban linéaire souple dont la longueur correspond à la circonférence de la rainure 11 de la bague intérieure 1 dans laquelle il est logé. Le codeur 3 est du type magnétique polarisé avec des pôles nord et des pôles sud en alternance. Le capteur 4 est capable de détecter le champ magnétique créé par le codeur 3. Ainsi, le déplacement relatif du codeur 3 par rapport au capteur 4 se traduit par une variation de tension qui est envoyée par l'intermédiaire du câble 13 à un système électronique non représenté qui est capable de mesurer le déplacement linéaire relatif des deux bagues 1 et 2 et d'en connaître le sens. Ces informations de position ou de vitesse angulaire peuvent ensuite être exploitées et envoyées à un afficheur ou à un automate. La connaissance de la longueur totale de la circonférence de la bague intérieure 1 permet de transformer la mesure linéaire en mesure angulaire à l'aide d'un logiciel de calcul approprié intégré au système électronique. Le codeur 3 sous la forme d'un ruban magnétique comprend une première bande de support qui est en contact avec le fond de la rainure 11, et qui est réalisée en acier inoxydable magnétisé. Cette bande de support est recouverte d'une bande synthétique magnétisée, en plastoferrite, collée sur la bande de support. A des fins de protection, la bande synthétique magnétisée peut être recouverte d'une bande extérieure en acier amagnétique. Cette bande extérieure permet de protéger les autres bandes contre d'éventuels dommages mécaniques. Le codeur 3 est fixé dans la rainure 11 par collage après découpe à la bonne longueur. Toutefois, il peut subsister une faible zone de la rainure 11, de l'ordre de 1 à 2 mm, qui n'est pas équipée de codeur dans la mesure o il est extrêmement difficile de rendre jointives les deux extrémités du ruban. La découpe du codeur 3 est effectuée sans repérage des pôles, par exemple au milieu d'un pôle Nord ou sur le bord d'un pôle Sud. De ce fait, on ne sait pas si l'alternance et les dimensions des pôles sont respectées. Ainsi, dans la zone dépourvue de codeur et à proximité, aucune mesure fiable n'est possible et le passage du capteur 4 dans cette zone risque de mettre la détection de position en défaut. Pour remédier à ce problème, on peut équiper la bague extérieure 2 de deux capteurs 4 disposés chacun dans un trou radial 12. Ainsi, quelle que soit la position angulaire relative des bagues 1 et 2, au moins un des deux capteurs 4 se trouvera en face d'une portion de la rainure 11 équipée du codeur 3. On adapte alors le système électronique de façon qu'il soit capable de reconnaître une information anormale en provenance de l'un des capteurs 4 due à son passage près de la zone de la rainure 11 dépourvue de codeur 3 ou à proximité des extrémités du codeur 3, et de ne pas tenir compte de cette information anormale afin de se baser uniquement sur l'information en provenance de l'autre codeur 4, lequel se trouve en face d'une portion du codeur 3. De plus, le fait d'équiper la bague extérieure 2 avec deux capteurs 4 permet d'augmenter la précision de détection. Avec un roulement à capteur unique, l'erreur de mesure est de l'ordre de la dimension d'un pôle nord ou sud du codeur 3. Avec un roulement à deux capteurs, l'erreur peut devenir inférieure à cette valeur. Un autre avantage du roulement à deux capteurs 4 est de disposer d'un système redondant à très grande sécurité. Une double redondance peut même être réalisée en installant un troisième capteur. Grâce à l'invention, le capteur de position est entièrement intégré à l'intérieur du roulement et ne risque plus d'être détérioré par un choc extérieur ou de voir sa précision diminuer en raison de l'usure de la denture du roulement d'orientation. De plus, l'assemblage final de l'ensemble auquel est destiné le roulement d'orientation est simplifié, celui-ci étant déjà équipé de son capteur de position. REVENDICATIONS 1. Roulement d'orientation du type destiné à assurer la rotation d'une structure mobile par rapport à un châssis au moyen d'une couronne dentée, comprenant une bague tournante (2) et une bague non tournante (1) entre lesquelles sont disposés une rangée d'éléments roulants (5), caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen capteur de position intégré audit roulement. 2. Roulement d'orientation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen capteur comprend au moins un capteur (4) solidaire de l'une des bagues et un codeur (3) solidaire de l'autre bague et disposé en regard et à faible distance du capteur. 3. Roulement d'orientation selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le capteur (4) est disposé dans un trou (12) traversant prévu dans la bague dont il est solidaire. 4. Roulement d'orientation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le codeur (3) comprend un ruban souple magnétisé à pôles alternés. 5. Roulement d'orientation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le ruban comprend une couche de plastoferrite disposée entre une bande de protection en acier amagnétique et une bande de support. 6. Roulement d'orientation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que le capteur est disposé radialement par rapport au codeur. 7. Roulement d'orientation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le codeur (3) est logé dans une rainure (11) disposée sur une surface cylindrique (6) de la bague dont il est solidaire. 8. Roulement d'orientation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que le moyen capteur comprend deux capteurs. 9. Roulement d'orientation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, le codeur comprenant deux extrémités non jointives, le roulement comprend une unité de traitement des informations émises par les capteurs, capable de détecter une information anormale provenant d'un capteur situé en face des extrémités non jointives du codeur. 10. Roulement d'orientation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'étanchéité (15, 17) définissant entre les deux bagues (1, 2) un espace clos à l'intérieur duquel sont disposés les éléments roulants (5) et le moyen capteur.