Brevet FR2748809A1 — publié le 19971121

L'invention concerne un support de palier pour un transducteur, le support de palier étant réalisé pour la réception d'un arrangement de palier pour l'arbre dont la position angulaire doit être suivie-en la mesurant par le transducteur. Dans les transducteurs inductifs, comme on peut le voir par exemple dans les documents DE-41 13 745 et DE-41 27 209, des parties du capteur qui tournent avec l'arbre à surveiller et sont ainsi disposés fixement par rapport à cet arbre doivent être très précisément positionnés et guidés, lorsqu'une haute précision de mesure et de résolution doit être obtenue. Afin d'assurer ce positionnement et ce guidage précis, le capteur luimême et l'arbre à surveiller sont déjà assemblés chez le fabricant pour former une unité ayant un boîtier hors duquel fait uniquement saillie l'extrémité de l'arbre à surveiller par le capteur et, à un autre endroit, un câble de liaison pour l'alimentation de courant et la transmission des données de mesure sort du boîtier. Cette unité peut alors être fixement installée par des dispositifs de montage appropriés sur le lieu d'utilisation. Le support de palier de cette unité joue ainsi un rôle essentiel, celuici étant d'une part équipé ou relié avec les dispositifs de montage susmentionnés et est d'autre part réalisé pour recevoir un arrangement de palier, au moyen duquel l'arbre à surveiller est monté et maintenu de manière rotative. Il est clair que pour l'obtention d'une précision de mesure et d'une résolution élevées du transducteur, de hautes exigences doivent être posées quant à la solidité et à la stabilité du support de palier ainsi qu'à la tolérance de jeu et à la capacité de charge de la liaison entre lui et l'arrangement de palier, cette liaison ayant à supporter aussi bien des forces de poussée et de traction agissant dans la direction de l'axe longitudinal de l'arbre que des 2 2748809 moments de renversement s'exerçant transversalement à cette direction. Afin de pouvoir satisfaire à ces exigences sur un domaine de température le plus grand possible, dans lequel un tel transducteur est utilisé, le support de palier ainsi que l'arrangement de palier ont été jusqu'à présent fabriqués en acier avec une haute précision, adaptés l'un à l'autre et reliés ensemble durablement par exemple à l'aide d'assemblages collées. Le poids élevé du support de palier fabriqué en acier, qui représente jusqu'à 50% du poids de l'arrangement de capteur total, le traitement ultérieur coûteux par cuivrage ou nickelage, ainsi que le processus de montage comprenant une série d'étapes d'usinage, dont l'automatisation dans la mesure o elle est possible, nécessite un investissement élevé en appareils, constitue toutefois des désavantages. En comparaison à cela, l'invention a pour but d'améliorer un support de palier du type susmentionné de telle sorte qu'en satisfaisant à toutes les conditions citées relatives à la capacité de charge et à la précision, une diminution de poids sensible et un montage plus simple et moins coûteux peuvent être obtenus. Pour atteindre ce but, l'invention prévoit que le support de palier est réalisé en matière synthétique, qui présente au moins environ le même coefficient de dilatation thermique que le matériau à partir duquel l'arrangement de palier est fabriqué, et que le support de palier est fabriqué sous la forme d'une pièce moulée par injection reliée à l'arrangement de palier en étant injecté autour de ce dernier. Ces caractéristiques selon l'invention tirent profit du fait qu'aujourd'hui des matériaux synthétiques moulables par injection de faible coût peuvent être obtenus dans le commerce, qui après leur traitement présente une haute résistance et dont le coefficient de dilatation thermique est égal ou est situé dans un même domaine que celui des 3 2748809 matériaux utilisés pour le palier. De cette manière on obtient que la précision d'adaptation élevée entre l'arrangement de palier et le support de palier obtenue lors de la fabrication par l'injection de-l'un autour de l'autre reste inchangée sur un grand domaine de température et en raison des variations de la température ambiante on n'arrive ni à un relâchement du siège de l'arrangement de palier dans le support de palier ni à l'apparition de force de serrage, qui pourraient nuire à la rotation aisée de l'arbre dans l'arrangement de palier. En raison de la capacité de charge particulièrement élevée de l'acier, on utilise de préférence un arrangement de palier réalisé en ce matériau en liaison avec un matériau synthétique renforcé par des particules de fibres de carbone, qui présentent une très haute résistance et dont le coefficient de dilatation thermique peut être contrôlé par la quantité de carbone et peut être réglé de préférence dans un domaine situé entre 10 x 10-6 et 15 x 10-6 par degré Kelvin, ce qui convient très bien à un coefficient de dilatation thermique des types d'acier utilisé de manière conventionnelle pour de tels arrangements de palier, qui est situé environ à 12 x 10-6 par K. La quantité de carbone assure en même temps la bonne conductibilité électrique toujours souhaitée. Etant donné que les matériaux synthétiques imprégnés de particules de fibres de carbone présentent une adhérence comparativement faible sur des surfaces supérieures lisses, pour l'obtention d'une fixation fiable pouvant être fortement chargée de l'arrangement de palier dans le support de palier, ces deux unités sont reliées ensemble de manière adaptée en forme, ce qui, en raison des dispositions selon l'invention, selon lesquelles le support de palier est injecté autour de l'arrangement de palier, est possible sans effort de montage additionnel. Un point de vue essentiel du positionnement d'un arbre à surveiller par un transducteur réside dans le fait de 4 2748809 pouvoir supporter des couples de renversement aussi élevés que possible agissant sur l'arbre transversalement à son axe de rotation sans déformation ou diminution de la capacité de rotation aisée. Dans ce but, l'arbre-est monté de préférence à l'aide de deux paliers disposés axialement en écartement, en particulier des roulements à bille dont l'écart axial devrait être d'un côté aussi grand que possible, mais qui d'un autre côté, en raison de la hauteur faible de construction souvent exigée pour le transducteur, peut présenter le plupart du temps seulement une fraction de la longueur axiale de chacun des deux paliers. Il est ainsi d'usage de prévoir entre les deux paliers un anneau d'écartement d'épaisseur correspondante, qui selon l'état de la technique présente le même diamètre extérieur ou un diamètre extérieur à peine plus petit que les deux paliers, de telle sorte qu'il peut être glissé ensemble avec ceux-ci dans l'alésage de palier cylindrique traversant d'un support de palier également fabriqué en acier. En comparaison à cela, cet anneau d'écartement présente selon une forme de réalisation préférée de l'invention, un diamètre extérieur différent, en particulier le plus grand, que les deux paliers, de telle sorte qu'il fait saillie radialement au-delà de leurs surfaces d'enveloppe. Si un tel arrangement de palier engagé sur l'arbre à monter et précontraint à cet endroit est introduit dans la forme de moulage par injection pour le support de palier et qu'un matériau synthétique est injecté autour, alors on obtient également, lorsque le support de palier présente des surfaces frontales affleurantes avec les surfaces frontales libres des deux paliers et présente ainsi dans cette zone la longueur axiale la plus petite possible, une liaison adaptée en forme entre l'arrangement de palier et le support de palier, qui peut également supporté des forces importantes agissant dans la direction de l'axe d'arbre étant donné que l'anneau d'écartement de préférence en acier, entièrement encastré avec sa zone faisant saillie dans le matériau 2748809 synthétique du support de palier n'est plus sollicité par de telles forces que par cisaillement. Si cette capacité de charge est soumise à des exigences plus faibles alors l'anneau d'écartement peut également présenter un diamètre extérieur plus petit que les deux paliers. Lors de l'injection autour, il est alors créé sur le support de palier un cordon faisant saillie radialement à l'intérieur de l'ouverture autrement cylindrique entourant l'arrangement de palier, le cordon faisant saillie entre les deux paliers et les assure contre un déplacement axial. Si pour l'injection autour, on utilise des matériaux synthétiques ayant une température de traitement supérieure, alors il y a, lors d'une injection immédiatemment autour du palier, le danger que la graisse de palier devienne trop chaude. Dans ces cas, il est prévu selon une variante avantageuse que l'arrangement de palier comprend une douille de palier de préférence métallique, dans laquelle les paliers sont montables avant ou après l'injection autour. Ces variantes et possibilités de réalisation avantageuses et d'autres d'un support de palier selon l'invention sont exposés dans les revendications dépendantes. L'invention sera par la suite décrite au moyen d'exemples de réalisation en référence aux dessins, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale à travers une première forme de réalisation d'un support de palier, dans laquelle l'anneau d'écartement disposé entre les deux paliers fait saillie radialement, et - la figure 2 est une coupe correspondant à la coupe de la figure 1 à travers une deuxième forme de réalisation dans laquelle les deux paliers sont entourés par une douille de palier essentiellement cylindrique. Les supports de palier représentés sur les figures sont respectivement réalisés sous la forme de brides de montage de symétrie essentiellement radiale. 6 2748809 Chacun des supports de palier 1, 1' présente une ouverture centrale traversante essentiellement cylindrique, dans laquelle un arrangement de palier 6, 6' comprenant deux roulements à bille 3, 4 et un anneaud'écartement 5, 5' est positionné de telle sorte que l'arbre 8 monté dans les deux paliers 3, 4, dont le déplacement rotatif doit être suivi en le mesurant par un capteur non représenté, s'étend coaxialement à l'axe de symétrie du support de palier 1, 1' à travers celui-ci. Dans la forme de réalisation représenté sur la figure 1, l'anneau d'écartement 5 compris entre les deux roulements à bille 3, 4 disposés axialement l'un derrière l'autre présente un diamètre extérieur tel qu'il fait saillie dans la direction radiale au-delà de la surface d'enveloppe extérieure du roulement à bille et vient ainsi en prise dans une rainure périphérique réalisée dans la surface interne cylindrique de l'ouverture traversante du support de palier 1. Cette rainure périphérique est réalisée lors de la fabrication selon l'invention de l'arrangement représenté de manière automatique en ce que le support de palier 1 réalisé en matériau synthétique renforcé avec des particules de fibres de carbone est injecté autour de l'arrangement de palier 6 déjà engagé sur l'arbre 8 et précontraint. La précontrainte susmentionnée est obtenue en ce que les deux anneaux de paliers internes 10, 11 sont pressés l'un contre l'autre après introduction de l'arbre 8 dans la direction axiale. Il est ainsi créé un arrangement de palier précontraint en forme de O. Lors du processus de moulage par injection, avec lequel le support de palier 1 est fabriqué, plusieurs broches d'arrêt ou de montage 14 sont simultanément injectées, dont uniquement deux sont représentées sur les figures. Ces broches de montage s'étendent parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre 8 et font saillie avec une partie importante de leur longueur sur la surface frontale du 7 2748809 support de palier 1 situé en haut sur les figures. Elles servent à maintenir dans une position définie les parties non représentées du transducteur qui ne tournent pas ensemble avec l'arbre 8. Les extrémités des broches de montage 14 encastrées dans la masse de matière synthétique du support de palier 1 peuvent être pourvues pour l'obtention d'une liaison adaptée en forme d'une cannelure ou d'un épaississement d'extrémité non représenté. Comme on peut le voir sur la figure 1, les surfaces frontales du support de palier 1 au-delà desquelles les broches de montage 14 font saillie, comprennent un cordon de bord 15 faisant saillie dans la direction axiale et s'étendant sur la totalité de la périphérie, dont la surface interne cylindrique sert à une réception ajustée d'une chambre de mesure 18, qui appartient à la partie de mesure du transducteur non représenté et duquel sur la figure 1 n'est représentée que la partie reliée au support de palier 1 servant en tant que fond de boîtier. Sur la surface extérieure cylindrique du cordon de bord 15 est engagé un capot de boîtier entourant le transducteur dont également uniquement la partie directement voisine au support de palier 1 est représentée. La surface frontale du support de palier 1 tournée vers l'intérieur du boîtier, au-delà de laquelle les broches de montage 14 font saillie, est recouverte par une plaque 20 électriquement conductrice, de préférence réalisée en métal, qui présente une ouverture centrale 21 à travers laquelle l'arbre 8 fait saillie vers l'intérieur. Le diamètre de cette ouverture centrale 21 est environ égal au diamètre interne de l'anneau de palier extérieur 23 du roulement à bille 3 de telle sorte que la plaque 20 fait saillie avec son arête interne au-delà de l'ouverture traversante du support de palier 1 recevant l'arrangement de palier et contribue ainsi à la fixation de l'arrangement de palier. L'ancrage de la plaque 20 dans le support de palier 1 est obtenu en ce que la plaque 20 comporte des projections 8 2748809 radiales 25 espacées périphériquement dont uniquement une est représentée sur les figures; ces projections 25 s'étendent à travers le cordon de bord 15 sur une longueur telle qu'elles s'étendent librement avec leurs arêtes périphériques sur sa surface extérieure cylindrique et peuvent ainsi venir en prise électriquement conductrice avec le capot de boîtier 17 qui est disposé dessus. De cette manière, la plaque 20 est reliée de manière adaptée en forme avec le support de palier 1 et forme avec le capot 17 également réalisé en matériau électriquement et magnétiquement conducteur une cage de Faraday qui protège l'espace intérieur de boîtier dans lequel se trouve le transducteur contre des champs parasites. De par la description précédente, on obtient que la plaque 20 également est positionnée avant le moulage par injection du corps de palier 1 ensemble avec l'arrangement de palier 6 dans le moule d'injection du corps de palier 1 et est relié à celui-ci par injection autour. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, l'anneau d'écartement 5' présente entre les deux paliers 3, 4 le même diamètre extérieur que ceux-ci et est entouré ensemble avec eux par une douille de palier 28 essentiellement cylindrique réalisé en métal, dans laquelle les deux paliers 3, 4 et l'anneau d'écartement 5' peuvent être disposés avant ou après l'injection autour. La douille de palier 28 présente l'avantage qu'elle permet pour l'injection autour l'utilisation de matériaux synthétiques ayant des températures de moulage par injection supérieures, car elles empêchent de par sa capacité thermique une surchauffe de la graisse de palier des paliers 3, 4 déjà introduits avant l'injection autour. Lorsque les paliers 3, 4 et l'anneau d'écartement 5' sont déjà disposés dans la douille de palier 28 avant l'injection autour de celle-ci, le matériau synthétique injecté autour peut alors, comme cela est représenté sur la figure 2, non seulement entourer au moins partiellement la 9 2748809 surface frontale de la douille de palier 28 située en bas sur cette figure mais également la. surface frontale correspondante du palier 4 et ainsi fixer de manière additionnelle ce palier. Si pour l'injection autour, on utilise des matériaux synthétiques ayant des températures encore supérieures, alors la douille de palier vide est d'abord injectée autour et les paliers 3, 4 avec l'arbre 8 et l'anneau d'écartement ' sont introduits après le refroidissement. Dans ce cas, contrairement à ce qui est représenté sur la figure 2, l'ouverture de passage 29 du matériau injecté autour doit présenter le même diamètre intérieur que la douille de palier 28, afin que les deux paliers 3, 4 puissent être engagés par les côtés frontaux opposés, pour obtenir la précontrainte déjà susmentionnée en forme de O. Comme on peut le voir en outre sur la figure 2, la douille de palier 28 réalisée en métal présente sur son côté frontal supérieur sur cette figure une bride radiale 20', qui remplit la même fonction que la plaque 20 décrite en référence à la figure 1. Cette bride radiale 20' est réalisée avec une épaisseur axiale comparativement grande, afin d'augmenter la capacité thermique susmentionnée de la douille de palier 28. Une autre particularité de l'exemple de réalisation de la figure 2 réside dans le fait qu'ici les broches de montage 14' sont réalisées à partir du même matériau synthétique que le support de palier 1' et sont fabriquées ensemble avec celui-ci lors du processus d'injection. Egalement dans cet exemple de réalisation, il est prévu un cordon de bord 15' qui entoure un bord 30 saillant dans la direction axiale de la bride 20' de la douille de palier 28. L'ouverture 31 entourée par le cordon de bord 15' présente une surface interne tronconique qui s'élargit à partir de la surface interne cylindrique du bord 30 vers l'extérieur. 2748809 Cet arrangement présente l'avantage que la douille de palier 28 peut être fabriquée de manière très précise avec sa bride 28' et le bord 30 en tant que partie rotative et permet ainsi un positionnement encore plus ajusté de la chambre de mesure 28 omise sur la figure 2 (voir figure 1). Dans les deux formes de réalisation, le support de palier 1, 1' peut simultanément servir de bride de montage pour le transducteur dans son ensemble. Dans ce but, il comprend des alésages de montage 36 s'étendant parallèlement à l'arbre 8 à partir de la surface frontale extérieure et pourvus d'un filetage interne, un seul alésage étant représenté sur les figures. Hormis le cordon de bord respectif 15, 15', chacun des support de palier 1, 1' présente une longueur axiale qui est sensiblement égale à la longueur axiale de l'arrangement de palier 6, 6', qui correspond de son côté aux longueurs axiales des deux roulements à bille 3, 4 ainsi qu'aux épaisseurs des anneaux d'écartement 5, 5', et de la plaque respectivement du bord 30. On obtient ainsi une longueur de construction axiale minimale qu'il ne serait pas possible d'obtenir si les surfaces frontales des roulements à bille situés à l'extérieur étaient injectées autour pour la fabrication d'une liaison adaptée en forme. Dans certains cas d'applications, dans lesquels la protection du transducteur et de son électronique ne sont pas soumis à des exigences particulièrement élevés, la conductivité électrique du matériau synthétique utilisé pour la fabrication du support de palier 1, 1' suffit de telle sorte que dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, on peut se passer de la plaque 20 et on peut obtenir une longueur axiale réduite à la valeur minimale imposée par la géométrie du palier. Alternativement à un anneau d'écartement faisant saillie radialement 5, on peut également utiliser dans cette variante un anneau d'écartement qui présente un diamètre extérieur nettement plus petit que les anneaux extérieurs il- 2748809 des roulements à bille 3, 4. Dans ce cas, l'arrangement de palier est assuré contre un déplacement axial par un cordon de matériau synthétique faisant saillie vers l'intérieur qui est obtenu automatiquement lors de-l'injection autour de l'arrangement de palier. Comme cela est indiqué par les lignes de bord extérieures épaissies sur les figures du roulement à bille 4, l'anneau extérieur 23 de ce roulement à bille comporte à son arête extérieure de surface frontale un chanfrein de telle sorte que, lors de l'injection autour avec le matériau synthétique du corps de palier 1, un bord plus petit saillant vers l'intérieur ss forme qui contribue également à la fixation de l'arrangement de palier. 12 2748809 Revendications: 1.- Support de palier pour un transducteur, le support de palier étant réalisé pour la réception d'un arrangement de palier pour l'arbre dont la position angulaire doit être suivie en la mesurant par le transducteur, caractérisé en ce que le support de palier (1; 1') est réalisé en matière synthétique, qui présente au moins environ le même coefficient de dilatation thermique que le matériau à partir duquel l'arrangement de palier (6; 6') est fabriqué, et en ce que le support de palier (1; 1') est fabriqué sous la forme d'une pièce moulée par injection reliée à l'arrangement de palier (6, 6') en étant injecté autour de ce dernier. 2.- Support de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arrangement de palier (6; 6') est réalisé en acier et le coefficient de dilatation thermique du matériau synthétique utilisé pour le support de palier (1 1') est situé dans le domaine de 10 x 10-6 à 15 x 10-6 par degré Kelvin. 3.- Support de palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arrangement de palier (6; 6') et le support de palier (1; 1') sont reliés ensemble de manière adaptée en forme. 4.- Support de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arrangement de palier (6; 6') comporte deux paliers (3, 4) disposés l'un derrière l'autre en direction axiale, entre lesquelles est disposé un anneau d'écartement (5; 5'). 5.- Support de palier selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de l'anneau d'écartement (5) se différencie nettement de celui des deux paliers (3, 4). 6.- Support de palier selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'anneau d'écartement (5) comprend un 13 2748809 diamètre extérieur nettement supérieur à celui des deux paliers (3, 4). 7.- Support de palier selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'arrangement de palier (6') comporte une douille de palier (28) dans laquelle les deux paliers (3, 4) sont montables. 8.- Support de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est principalement réalisé avec une symétrie de révolution de telle sorte que son axe de symétrie se confond avec l'axe longitudinal de l'arbre (8) qui est monté dedans. 9.- Support de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un fond à bride du boîtier recevant le transducteur et en ce qu'il comporte des broches de montage (14; 14') faisant saillie parallèlement à son axe de symétrie au-delà d'une de ses faces frontales pour maintenir les pièces du transducteur disposées fixement par rapport à l'arbre (8). 10.- Support de palier selon la revendication 9, caractérisé en ce que les broches de montage (14) sont réalisées en acier, sont injectées ensemble avec le support de palier lors de son moulage par injection, et comportent pour l'obtention d'une liaison adaptée en forme une cannelure dans la zone de ses extrémités injectées. 11.- Support de palier selon la revendication 9, caractérisé en ce que que les broches de montage (14') sont réalisées de manière monobloc avec le support de palier (1') lors de son moulage par injection. 12.- Support de palier selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que il est prévu un élément de protection (20; 20') électriquement et magnétiquement conducteur, environ en forme de plaque, recouvrant sensiblement la surface de la face frontale au-delà de laquelle font saillie les broches de montage (14; 14'), et injectées simultanément dans le support de palier (1; 1'), ledit élément de protection étant, à l'état monté, en 14 2748809 liaison électriquement conductrice avec un capot de boîtier (17) électriquement conducteur disposé sur le support de palier (1; 1'). 13.- Support de palier selon-la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément de protection (20) est entouré par un cordon de bord (15) du support de palier, ledit élément traversant radialement ledit cordon de bord dans au moins une zone de segment angulaire de telle sorte que l'élément repose librement sur le côté extérieur périphérique du cordon de bord (15) et peut ici venir en prise de manière électriquement et magnétiquement conductrice avec la surface interne du capot de boîtier (17) engagé sur le cordon de bord (15). 14.- Support de palier selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément de protection (20') est formé par une bride s'étendant sensiblement radialement reliée de manière monobloc avec la douille de palier (28). 15.- Support de palier selon l'une des revendications 3 à 14, caractérisé en ce que les deux paliers (3, 4) sont des roulements à bille, qui sont précontraints de telle manière qu'après l'engagement de l'arbre (8) à monter dans les deux anneaux internes de palier (10, 11), ceux-ci ont été fermés en les pressant l'un sur l'autre dans la direction axiale. 16.- Support de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support de palier (1; 1') est fabriqué à partir d'un matériau synthétique ayant une bonne conductivité électrique. 17.- Support de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support de palier (1; 1') est fabriqué avec un matériau synthétique renforcé avec des particules de fibres de carbone.