Brevet FR2750082A1 — publié le 19971226

- 1 - La présente invention a pour objet un ensemble moyeu et porte- moyeu de véhicules équipés d'un système de gonflage centralisé et plus particulièrement les moyens d'étanchéité ou joints tournants entre les moyeux et porte-moyeux de ces véhicules. Pour pouvoir utiliser une installation de gonflage embarquée à bord d'un véhicule pendant le roulage de ce dernier, il est nécessaire d'équiper chaque roue d'un joint tournant étanche pour assurer la liaison entre le compresseur d'air embarqué et chacun des pneumatiques, à travers le moyeu de chaque roue. De tels joints tournants sont décrits, par exemple, dans le brevet US 4 730 656. Dans ce brevet, une lèvre souple d'étanchéité 72 est serrée en permanence contre sa portée cylindrique 68 par "un ressort circulaire 78 qui exerce une force radiale vers l'intérieur". En conséquence, dans ce système connu, les parties souples assurant l'étanchéité sont toujours en contact tournant. Cette disposition présente plusieurs inconvénients: une certaine puissance est absorbée inutilement, ce qui provoque un dégagement de chaleur nuisible; d'autre part, les parties en contact tournant s'usent rapidement, ce qui nuit à leur fiabilité et nécessite leur remplacement. Le brevet US 4 804 027 propose un dispositif pour résoudre ce problème. Dans ce second brevet, un lobe toroïdal 50 en caoutchouc, solidaire du moyeu fixe, s'appuie sur une portée cylindrique 22 du moyeu mobile: lorsque la pression d'air est élevée (pendant le gonflage), le lobe appuie fortement sur sa portée, de manière à assurer l'étanchéité; lorsque l'on revient à la pression atmosphérique, "les lobes appuient contre les surfaces 22 avec une pression très légère, voire sans pression de contact du tout". Ce dispositif permet de réduire de façon significative les pressions de contact entre les lèvres d'étanchéité et les portées correspondantes, -2- pendant les périodes de non utilisation des moyens de gonflage. Cependant, ce dispositif ne permet pas d'utiliser de matériaux rigides pour assurer l'étanchéité. En effet, l'étanchéité est assurée par la déformation radiale d'un lobe élastique. En conséquence, ce lobe et le dispositif associé présentent toujours des problèmes d'usure et donc d'endurance. Dans ce qui suit, on appellera "moyeu" l'ensemble des pièces mobiles en rotation autour du porte-moyeu fixe d'un essieu de véhicule à l'exception des pneumatiques et des la cages mobiles des roulements à billes de liaison. Ainsi, le terme "moyeu" englobera le moyeu proprement dit mais aussi la roue, rigidement fixée au moyeu. De même, on appellera "porte-moyeu" l'ensemble des pièces fixes de l'essieu. La présente invention a donc pour but d'offrir un ensemble moyeu, portemoyeu et leurs moyens d'étanchéité associés, dans lequel ces moyens d'étanchéité ne sont en contact tournant que pendant les courtes périodes de gonflage des pneumatiques et ne présentent pas ces problèmes d'endurance. L'invention concerne un ensemble de deux organes, moyeu et porte-moyeu, pour véhicule équipé d'un système de gonflage centralisé avec une source d'air pressurisé, tel que: - le porte-moyeu, fixe relativement au véhicule, comprend un premier conduit d'air avec une première entrée connectable pneumatiquement à la source d'air pressurisé et une première sortie; - le moyeu, mobile en rotation autour du porte-moyeu, comprend un second conduit d'air avec une seconde entrée et une seconde sortie connectable pneumatiquement à la cavité interne du pneumatique fixé audit moyeu; -3- - les première sortie et seconde entrée débouchent dans une chambre entre les organes fixe et mobile; - ladite chambre est reliée à l'air libre par au moins un passage entre une première portée annulaire d'étanchéité lisse solidaire de l'un desdits organes et une seconde portée annulaire d'étanchéité lisse correspondante ménagée sur une bague rigide portée par une membrane annulaire solidaire de l'autre organe et définissant une paroi déformable de ladite chambre de manière à permettre un déplacement sensiblement axial de ladite bague entre deux positions: a)une position normale d'ouverture du passage d'air dans laquelle les portées d'étanchéité sont espacées l'une de l'autre, et b)une position de fermeture dans laquelle les première et deuxième portées sont en contact tournant étanche l'une avec l'autre, ladite membrane étant agencée pour solliciter la bague vers sa position de fermeture en réponse à une augmentation de pression dans ladite chambre due à une connexion du premier conduit avec la source d'air pressurisé et pour ramener en position normale de fermeture ladite bague lorsque la connexion avec la source d'air pressurisé est coupée. En conséquence l'étanchéité des conduits d'air à travers le porte-moyeu et le moyeu n'est assurée que lors du gonflage du pneumatique correspondant. Cela garantit des pertes d'énergie de frottement réduites au minimum. De plus, les bagues sont rigides, elles peuvent ainsi être ou comprendre des éléments réalisés en des matériaux spécialement mis au point pour avoir un faible coefficient de frottement et une excellente résistance à l'usure, tel du graphite. L'endurance de ces pièces et donc des moyens d'étanchéité est donc elle aussi excellente. De préférence, la membrane annulaire des moyens d'étanchéité est réalisée en caoutchouc. -4- Dans une variante de l'invention, les moyens d'étanchéité comprennent deux membranes annulaires et deux bagues. Enfin, avantageusement, les portées correspondantes sont orientées radialement. On va décrire des exemples de mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'un véhicule de tourisme, donnés à titre non limitatif, en se référant au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule équipé d'une installation de gonflage centralisé; - la figure 2 est une vue en coupe d'un premier ensemble moyeu et porte-moyeu selon l'invention, le système de gonflage étant au repos; - la figure 3 est un agrandissement de la figure 2, le système de gonflage étant en fonctionnement; - la figure 4 est une vue en coupe d'un second ensemble moyeu et porte-moyeu selon l'invention, le système de gonflage étant au repos; - la figure 5 est un agrandissement de la figure 4, le système de gonflage étant en fonctionnement; et - la figure 6 est un second agrandissement similaire à celui de la figure 5, mais d'une troisième variante de réalisation de l'invention. On voit sur la figure 1 un véhicule 1 comportant une installation de gonflage centralisé embarquée: cette installation comprend un compresseur d'air 2 entramîné par le moteur (non représenté), et des canalisations telles que 3 et 4 permettant d'envoyer de l'air sous pression dans les pneumatiques 5 et 6 à travers les ensembles moyeux et porte-moyeux 10, 40 et 80, comme on va l'expliquer ci- -5- après. Bien entendu, le nombre de pneumatiques raccordés correspond au nombre de roues du véhicule équipé conformément à l'invention. La figure 2 présente une coupe d'un premier ensemble 10 moyeu et portemoyeu selon l'invention correspondant à un essieu arrière porteur d'un véhicule de tourisme. Le porte-moyeu 11, fixe, est percé selon son axe XX' pour accueillir une connexion pneumatique 15 reliée à la canalisation d'air 3 conduisant à la source 2 et réaliser un conduit d'air 12 avec une première entrée 13 et une première sortie 14. Sur le porte-moyeu 11 est fixée la cage fixe 17 d'un roulement à bille 26. Un moyeu 19 est rigidement fixé à la cage mobile 18 du roulement à bille 26, l'ensemble est ainsi mobile en rotation autour du porte-moyeu 11 soit autour de l'axe XX'. Le moyeu 19 comprend un conduit d'air 20 avec une seconde entrée 21 et une seconde sortie (non représentée) connectable pneumatiquement à l'air de la cavité interne du pneumatique 5. La seconde entrée 21 est disposée en regard de la première sortie 14 du conduit d'air 12 du porte-moyeu 11 et comprend une valve anti-retour 23 qui garantit le non dégonflement du pneumatique 5 lorsque la canalisation 3 n'est pas connectée pneumatiquement avec la source d'air comprimée 2. La paroi 24 du porte-moyeu 11 à proximité de la première sortie 14 définit avec la paroi 25 du moyeu 19 disposée à proximité de la seconde entrée 21 une cavité 27 qui n'est pas étanche en raison de la présence d'un canal de mise à l'air libre 34 au travers duquel l'air peut s'échapper. Pour rendre étanche la liaison pneumatique entre la première sortie 14 et la seconde entrée 21, les moyens d'étanchéité suivants sont disposés. Ces moyens comprennent une bague 28, annulaire, rigide, avec un disque de frottement 29 réalisé de préférence en graphite. Le disque de frottement a une première portée 30 -6- disposée radialement pour pouvoir s'appuyer contre une seconde portée 31 correspondante du porte- moyeu 11. De préférence, cette seconde portée 31 est rectifiée. La bague 28 est fixée de façon étanche à une membrane annulaire 32 elle même fixée de façon étanche à la paroi 25 du moyeu 19. La membrane annulaire 32 est réalisée de préférence en caoutchouc souple. La bague annulaire 28 a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'extrémité axiale du porte-moyeu 11 pour qu'il n'y ait pas de frottement entre eux, tout en laissant un canal annulaire de fuite 35 de faible section droite relativement à la section droite minimale du conduit 12. Avantageusement, le canal annulaire de fuite 35 est une couronne dont le rayon est compris entre 0,2 et 0,5 mm. Comme il a été dit, les portées 30, 31, correspondantes de la bague 28 et du porte- moyeu 11 sont de préférence d'orientation radiale. Elles peuvent aussi être tronconiques. En revanche, le mouvement de déplacement de la bague 28 est toujours un mouvement axial. Dans la cavité 27, la membrane annulaire 32 définit ainsi avec la paroi 24 du porte-moyeu 11 disposée à proximité de la première sortie 14 et avec la paroi 25 du moyeu disposée à proximité de la seconde entrée 21 une chambre pneumatique 33. Le dispositif fonctionne comme suit. Lorsque la canalisation 3 n'est pas pneumatiquement reliée à la source d'air 2, l'air compris dans cette canalisation 3, le conduit 12 et la chambre 33 est à la pression atmosphérique compte tenu de l'écartement des portées 30 et 31 et de la fuite d'air existante à travers le canal de mise à l'air libre 34. En revanche, l'air ne peut pas s'échapper du conduit 20 du moyeu 19 en raison de la présence de la valve anti-retour 23. Dans cet état, les première 30 et seconde 31 portées correspondantes de la bague annulaire 28 et du -7- moyeu 11 sont séparées d'une distance axiale comprise entre E et quelques millimètres, de préférence de l'ordre de 1 mm. Cela garantit qu'il n'y ait aucun frottement entre elles donc ni usure, ni pertes d'énergies. Lorsque la canalisation 3 est pneumatiquement reliée à la source d'air pressurisé 2, la pression d'air à l'intérieur de la canalisation 3, du conduit 12 et de la chambre 33 augmente à cause de la faible section droite du canal de fuite 35 entre le diamètre intérieur de la bague 28 et le diamètre extérieur de l'extrémité axiale du porte- moyeu 11 relativement aux sections droites des canalisation 3 et conduit 12. Une différence de pression s'établit ainsi entre les deux côtés de la membrane annulaire 32 et la résultante des efforts qui s'établissent ainsi sur la membrane va déplacer axialement cette membrane 32 ainsi que la bague 28 vers le porte-moyeu 11, jusqu'à plaquer la première portée 30 contre la seconde portée 31 correspondante du porte-moyeu 11 et ainsi assurer une excellente étanchéité de la chambre 33. La figure 3 présente en coupe un agrandissement de la figure 2 lorsque le système de gonflage est en fonctionnement. Cet figure montre le contact des première et seconde portées 30, 31 qui assure l'étanchéité pneumatique de la chambre 33, ainsi que la valve anti-retour 23 en position ouverte. Les figures 4 et 5 présentent en coupe un second ensemble moyeu et portemoyeu selon l'invention correspondant particulièrement à un essieu avant moteur d'un véhicule de tourisme. On voit le porte-moyeu 41, fixe, traversé par un conduit d'air 42 avec une première entrée 43 et une première sortie 44. Comme précédemment le conduit d'air 42 peut être pneumatiquement relié à la source d'air pressurisé 2 par l'intermédiaire de la canalisation 4. La cage fixe 45 du roulement à bille 46 est rigidement liée à ce porte-moyeu. -8- Le moyeu 47 est rigidement lié à la cage mobile 48 du roulement à bille 46 et est mobile en rotation autour d'un axe XX'. Ce moyeu 47 est traversé par un conduit d'air 49 avec une seconde entrée 51 disposée en regard de la première sortie 44, et une seconde sortie (non représentée) connectable pneumatiquement avec la cavité interne du pneumatique 6. Le conduit 49 comporte une valve anti-retour 50. Les parois 53 du porte-moyeu 41, à proximité de la première sortie 44, et 54 du moyeu 47, à proximité de la seconde entrée 51, définissent une cavité 55. Cette cavité annulaire présente deux ouvertures à l'air libre, la première à travers un canal de mise à l'air libre 68 disposé à côté du roulement à bille 46 de faible section droite et la seconde largement ouverte du côté intérieur du véhicule. Une pièce annulaire 56 de protection est disposée rigidement pour obturer la plus grande partie de cette seconde ouverture ce qui permet aussi d'éviter que des poussières ou autres corps étrangers ne s'introduisent dans cette cavité 55. D'autre part, les moyens d'étanchéité suivants sont mis en place dans la cavité 55. Ces moyens d'étanchéité sont doubles en raison des deux ouvertures précédentes. Ils comprennent (figure 5) deux membranes annulaires souples 57 et 58, et deux bagues 59 et 60 annulaires et rigides. Les membranes annulaires 57 et 58 sont fixées, de façon étanche, d'une part à la pièce annulaire 56 de protection et aux deux bagues 59 et 60 d'autre part. Les membranes annulaires 57, 58, sont réalisées en caoutchouc souple et autorisent des déplacements axiaux des pièces annulaires d'étanchéité 59 et 60. Les pièces annulaires d'étanchéité comprennent comme précédemment des disques de frottement 61, 62 avec des premières portées 63, 64, radiales réalisées en graphite pour avoir une excellente résistance à l'usure et un très faible coefficient de frottement. Ces premières portées 63, 64 sont disposées axialement en regard de secondes portées correspondantes 65, 66 sur la paroi 54 du moyeu 47. -9- Comme précédemment, les deux membranes annulaires 57, 58 définissent avec les parois 53 et 54 du côté des première sortie et seconde entrée une chambre pneumatique 67. Le diamètre des bagues annulaires 59, 60 est proche du diamètre de la paroi du moyeu 47 qui leur fait radialement face pour que le canal de fuite 69 de la chambre pneumatique 67 ait une section droite petite relativement aux sections droites du conduit 42 d'amenée d'air dans le porte-moyeu 41. Il est à noter, et c'est un avantage de l'invention, que cette section droite du canal de fuite 69 ne dépend pas des positions axiales des bagues 59, 60, cela assure un fonctionnement sûr du dispositif. La section droite du canal de fuite 69est aussi petite relativement aux deux fuites de la cavité 55, notamment le canal de mise à l'air libre 68. En conséquence, la pression dans la cavité 55, à l'extérieur de la chambre pneumatique 67 est constamment à la pression atmosphérique. Lorsque la première entrée est connectée pneumatiquement à la source d'air comprimé, la pression de l'air dans, notamment, la chambre 67 augmente et plaque contre les secondes portées 65, 66 du moyeu 47 les premières portées 63 et 64 des bagues 59 et 60. L'étanchéité de la chambre 67 est donc ainsi assurée à chaque gonflage ou à chaque ajustement de pression des pneumatiques 6 (figure 5). La figure 6 présente une troisième variante de réalisation de l'ensemble de l'invention. Cette variante est proche de celle présentée aux figures 4 et 5 et concerne les moyens d'étanchéité. Dans cette variante, l'étanchéité primaire est assurée par contact entre les deux bagues (57, 58) entre elles. Ce contact est réalisé entre les deux parois radiales 71, 72 de ces pièces axialement opposées aux portées 63, 64, des disques de frottement 61, 62. -10- La section droite du canal de fuite 70 entre ces deux parois 71 et 72 doit toujours être petite relativement à la section droite du conduit 42 pour garantir l'instauration d'une différence de pression sensible lors de la connexion du conduit 42 à la source pressurisée 2 et ainsi plaquer les portées 63, 64 contre les portées 65, 66 correspondantes du moyeu 47. - 11 - REVENDICATIONS 1. Ensemble (10, 40, 80) de deux organes, moyeu (19, 47) et porte-moyeu (11, 41), pour véhicule équipé d'un système de gonflage centralisé avec une source d'air pressurisé (2), tel que: - le porte-moyeu (11, 41), fixe relativement au véhicule, comprend un premier conduit d'air (12, 42) avec une première entrée (13, 43) connectable pneumatiquement à la source d'air pressurisé (2) et une première sortie (14, 44); - le moyeu (19, 47), mobile en rotation autour du porte-moyeu (11, 41), comprend un second conduit d'air (20, 49) avec une seconde entrée (21, 51) et une seconde sortie connectable pneumatiquement à la cavité interne du pneumatique fixé audit moyeu; -les première sortie (14, 44) et seconde entrée (21, 51) débouchent dans une chambre (33, 67) entre les organes fixe et mobile; ladite chambre (33, 67) est reliée à l'air libre par au moins un passage entre une première portée annulaire (31, 65, 66) d'étanchéité lisse solidaire de l'un desdits organes et une seconde portée annulaire (30, 63, 64) d'étanchéité lisse correspondante ménagée sur une bague (28, 59, 60) rigide portée par une membrane annulaire (32, 57, 58) solidaire de l'autre organe et défminissant une paroi déformable de ladite chambre (33, 67) de manière à permettre un déplacement sensiblement axial de ladite bague (28, 59, 60) entre deux positions: a)une position normale d'ouverture du passage d'air dans laquelle les portées d'étanchéité (30, 31, 63, 64, 65, 66) sont espacées l'une de l'autre, et b)une position de fermeture dans laquelle les première (31, 65, 66) et deuxième (30, 63, 64) portées sont en contact tournant étanche l'une avec l'autre, ladite membrane (32, 57, 58) étant agencée pour solliciter la bague (28, 59, 60) vers sa position de fermeture en réponse à une augmentation de pression dans - 12- ladite chambre (33, 67) due à une connexion du premier conduit (12, 42) avec la source d'air pressurisé (2) et pour ramener en position normale de fermeture ladite bague (28, 59, 60) lorsque la connexion avec la source d'air pressurisé (2) est coupée. 2. Ensemble (10, 40, 80) selon la revendication 1, dans lequel la chambre (33, 67) comprend un canal annulaire de fuite (35, 69, 70) de faible section droite relativement à la section droite du premier conduit (12, 42) de telle sorte qu'une connexion du premier conduit (12, 42) à la source d'air pressurisé (2) entraîne une surpression dans ladite chambre (33, 67) et la résultante des efforts s'appliquant sur les parois de la membrane annulaire (32, 57, 58) sollicite la bague (28, 59, 60) vers sa position de fermeture. 3. Ensemble (10, 40) selon la revendication 2, dans lequel le canal annulaire de fuite (35, 69) est disposé axialement entre la bague (28, 59, 60) et celui desdits organes comprenant la première portée d'étanchéité (31, 65, 66). 4. Ensemble (80) selon la revendication 2, dans lequel la chambre (67) est reliée à l'air libre par deux passages entre une première portée annulaire (65, 66) d'étanchéité lisse solidaire de l'un desdits organes et une seconde portée annulaire (63, 64) d'étanchéité lisse correspondante ménagée sur deux bagues (59, 60) rigides portées par deux membranes annulaires (57, 58) solidaires de l'autre organe et définissant deux parois déformables de ladite chambre (67) et dans lequel le canal annulaire de fuite (70) est disposé radialement entre les deux bagues (59, ). 5. Ensemble (10, 40, 80) pour véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les membranes annulaires souples (32, 57, 58) sont en caoutchouc. - 13 - 6. Ensemble (10, 40, 80) pour véhicule selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque première portée (30, 63, 64) est constituée par un disque de frottement (29, 61, 62) en graphite. 7. Ensemble (10, 40, 80) pour véhicule selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les premières (30, 63, 64) et secondes (31, 65, 66) portées ont une orientation radiale.