Brevet FR2792427A1 — publié le 20001020

Dispositif de rappel au point neutre, en particulier pour volant sans axe, et volant sans axe comportant un tel dispositif. La présente invention concerne le domaine des dispositifs de volant de manoeuvre utilisés en pur exemple pour la direction de véhicules automobiles, d'engins de manutention ou d'engins de travaux publics, ou de tous autres types d'engins nécessitant un volant de commande. De façon classique, un volant de manoeuvre est relié à un axe, par exemple une colonne de direction, qui, suivant le type de direction utilisé, actionne directement en rotation le mécanisme de direction dans le cas d'une direction mécanique, des distributeurs dans le cas d'une direction hydraulique ou, enfin, dans le cas d'une direction électrique, actionne l'anneau codeur d'un dispositif de capteur délivrant un signal au moteur électrique de commande, des combinaisons de ces trois types étant possibles. Dans le cas d'une direction uniquement électrique, de plus en plus couramment utilisée pour des engins de manutention tels que des chariots élévateurs, l'axe sert à lier le volant à l'engin par l'intermédiaire de roulements. Un système de détection de la rotation du volant, intégré ou non au roulement, délivre un signal représentatif de la rotation du volant à destination du dispositif d'orientation des roues du véhicule. On y ajoute généralement un système de freinage du volant destiné à générer dans celui-ci un couple résistant afin de favoriser la précision de la conduite du véhicule. Un dispositif de ce type est décrit dans le document DE-A-195 717. Bien que techniquement satisfaisant, ce dispositif présente certains inconvénients d'encombrement axial et de coût en raison de la présence de deux roulements, d'un système de frein et du volant lui-même. Dans la mesure o le volant n'a plus de liaison mécanique directe avec les organes qu'il commande, roues par exemple, on est amené à résoudre deux types de problèmes, d'une part la limitation du nombre de tours possibles effectués par le volant, d'autre part le retour automatique du volant au point neutre lorsque l'opérateur cesse de manoeuvrer le volant. Il existe déjà des dispositifs de retour au point neutre, voir notamment les documents US 5050443, NO 101790, mais adaptés à des systèmes commandés par un axe central, ce que l'on cherche précisément à éviter. De plus, ces dispositifs comportent un grand nombre de pièces et sont par conséquent onéreux à fabriquer. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus. La présente invention a pour objet de proposer un mécanisme simple et compact de retour au point neutre, adapté à un volant de manoeuvre dépourvu d'axe central. Le dispositif, selon l'invention, sert au rappel au point neutre de la bague tournante d'un palier à roulement pourvu d'une bague intérieure et d'une bague extérieure, l'une des bagues étant solidaire d'un élément fixe et l'autre bague étant solidaire d'un élément tournant. Le dispositif est du type comprenant des ressorts destinés à appliquer un couple de rappel sur la bague tournante pour la ramener au point neutre et des moyens pour limiter dans deux directions la rotation de la bague tournante. Le dispositif comprend un plateau monté à rotation par rapport à l'élément fixe et deux ressorts en spirale, un premier ressort étant disposé d'un coté du plateau et fixé sur celui-ci par son extrémité interne, un second ressort étant disposé de l'autre coté du plateau et fixé par son extrémité interne sur l'élément fixe, l'extrémité externe du premier ressort étant liée, dans un premier sens, à la rotation de la bague tournante et l'extrémité externe du second ressort étant liée, dans un deuxième sens opposé au premier, à la rotation du plateau, le dit dispositif étant de diamètre inférieur ou égal à l'alésage de la bague intérieure. Avantageusement, le dispositif comprend des premiers moyens d'entraînement de l'extrémité externe du premier ressort, les premiers moyens d'entraînement étant solidaires de la bague tournante, et des seconds moyens d'entraînement de l'extrémité externe du second ressort, les seconds moyens d'entraînement étant solidaires du plateau. Avantageusement, le dispositif comprend un organe d'entraînement solidaire de la bague tournante et destiné à entraîner, dans un premier sens de rotation, le plateau par contact direct avec un organe d'appui dudit plateau, l'organe d'appui formant également butée pour l'arrêt en rotation de la bague tournante après sensiblement un tour dans le deuxième sens à partir du point neutre. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'entraînement du premier ressort sont constitués par l'organe d'entraînement solidaire de la bague tournante. L'organe d'entraînement solidaire de la bague tournante peut être un ergot radial. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens d'entraînement du premier ressort sont constitués par un trou dans lequel vient se loger l'extrémité externe du ressort. Avantageusement, le plateau comprend, du coté du second ressort, un organe d'arrêt destiné à coopérer avec une butée de l'élément fixe pour limiter à sensiblement un tour la rotation du plateau lorsque ledit plateau est entraîné dans le premier sens de rotation et pour interdire la rotation dudit plateau à partir du point neutre dans le deuxième sens de rotation. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'entraînement du second ressort solidaires du plateau sont constitués par l'organe d'arrêt situé sur le plateau. L'organe d'arrêt situé sur le plateau peut être un ergot axial. Dans un mode de réalisation de l'invention, le point d'ancrage de l'extrémité interne du deuxième ressort est situé sur un axe fixe solidaire de l'organe fixe. De préférence, la rotation de la bague tournante dans le premier sens provoque la rotation du plateau et la mise sous contrainte du deuxième ressort par enroulement sans que le premier ressort ne subisse de modification de contrainte, tandis que la rotation de la bague tournante dans le deuxième sens provoque la mise sous contrainte du premier ressort par enroulement sans que le deuxième ressort ne subisse de modification de contrainte, le plateau étant empêché de tourner par l'organe d'arrêt venant en appui sur la butée de l'élément fixe. Dans un mode de réalisation de l'invention, le second ressort est disposé axialement entre ledit plateau et l'élément fixe. L'invention a également pour objet un système de volant, du type sans axe, fixé sur la bague tournante d'un palier à roulement pourvu d'un dispositif de rappel au point neutre. Le dispositif de volant de manoeuvre avec retour au point neutre est particulièrement compact axialement par rapport au dispositif conventionnel. De plus, comme le palier à roulement peut avoir un diamètre important, supérieur à ceux utilisés de façon classique, tout en restant inférieur au diamètre du volant, et donc sans augmentation de l'encombrement radial, il est possible d'utiliser un capteur de forte résolution, le nombre d'impulsions délivrées par le codeur pour un angle de rotation donné, étant plus élevé que pour un codeur de faible diamètre. Le grand diamètre du roulement permet d'y intégrer plus facilement un système simple de génération de couple de freinage, la force de freinage requise du système de génération étant inversement proportionnelle au diamètre pour un couple donné. La zone centrale du volant dépourvue d'arbre plein, offre un espace libre qui peut être utilisé pour y loger des dispositifs annexes. Enfin, ce dispositif de volant de manoeuvre s'adapte et se monte facilement en de nombreux emplacements possibles du véhicule, par exemple sur le tableau de bord, par l'intermédiaire du boîtier formant support. Quelques vis suffisent à la fixation du volant par l'intermédiaire du boîtier. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'un dispositif de volant de manoeuvre conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue partielle de dessus en élévation, correspondant à la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe selon HI-HI de la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, le volant de direction comprend une partie de préhension 1 en forme de tore, solidaire d'une partie de support 2. La partie de support 2 présente une forme de coupelle avec une partie radiale 3 dont l'extrémité libre de grand diamètre supporte la partie de préhension 1, et une partie axiale 4 qui s'étend vers le bas à partir du bord intérieur de la partie radiale 3. Le volant de manoeuvre comprend un palier à roulement 5 pourvu d'une bague intérieure tournante 6 massive, d'une bague extérieure non tournante massive 7, et d'une rangée d'éléments roulants 8, par exemple des billes disposées entre un chemin de roulement extérieur de la bague intérieure 6 et un chemin de roulement intérieur de la bague extérieure 7. On pourrait prévoir une cage de maintien des éléments roulants 8. Toutefois, en raison de leur faible vitesse de rotation dans de telles applications, la présence de la cage n'est pas indispensable. La bague intérieure 6 est emmanchée sur la surface extérieure 4a de la partie axiale 4 de la partie de support 2 jusqu'au contact avec la partie radiale 3. En variante, on pourrait prévoir des bagues en tôle. Le volant comprend également un boîtier fixe de support référencé 9. Le boîtier 9 comprend un fond radial 10 circulaire qui peut être percé de trous traversants prévus pour recevoir des vis de fixation sur la pièce prévue pour supporter le volant, par exemple le tableau de bord d'un véhicule ou d'un engin. Le boîtier 9 comprend également une partie axiale 1 1 dans l'alésage de laquelle la bague extérieure 7 du roulement 5 est emmanchée. La partie axiale 1 1 s'étend vers le haut à partir du bord circulaire extérieur du fond radial 10 du boîtier 9. Pour permettre un positionnement satisfaisant de la bague extérieure 7 par rapport à la partie axiale 11, on prévoit un redan 12 contre lequel ladite bague extérieure 7 vient en butée dans le sens axial. Le palier à roulement 5 comprend un dispositif intégré de détection de la vitesse de rotation pourvu d'un capteur 13 solidaire de la bague extérieure 7 et un anneau codeur 14 solidaire de la bague intérieure 6. Ce dispositif de détection de la vitesse de rotation peut être de différents types, optique, magnétique, avec un capteur à effet Hall ou autre, etc. Le capteur 13 et le codeur 14 sont disposés axialement entre les éléments roulants 8 et le fond radial 10 du boîtier 9 et se trouvent de ce fait relativement bien protégés contre les agressions extérieures, la partie radiale 3 couvrant le dessus du palier à roulement 5. Un câble de connexion 15 relie le capteur 13 à l'unité électronique, non représentée, apte à utiliser le signal électrique portant une information sur l'angle d'orientation du volant provenant dudit capteur 13. Le câble 15 traverse le fond 10 du boîtier. Le volant de manoeuvre comprend, en outre, un capot 16 réalisé par exemple en matériau synthétique et qui vient se disposer sur la partie de support 2 à la jonction des parties radiale 3 et axiale 4, à l'opposé de la surface extérieure 4a. Le capot 16 présente la forme d'un disque circulaire ou, en variante non représenté, d'une couronne circulaire qui laisse libre un espace central à proximité de l'axe géométrique de rotation du volant. Le fond 10 du boîtier 9 comprend un doigt axial 17 formant axe centré sur l'axe géométrique de rotation du volant et en saillie vers le haut à partir dudit fond 10, et une butée 18 sous la forme d'un pion axial également en saillie vers le haut et disposée radialement entre la partie axiale 4 de la partie de support 2 et le doigt 17, en étant plus proche de la partie axiale 4. Sur le doigt 17, est monté à rotation un plateau 19 de forme générale circulaire plane et de diamètre légèrement inférieur à celui de la partie axiale 4 de la partie de support 2 qui entoure le plateau 19 sur au moins une partie de son épaisseur. Le plateau 19 comprend une suface supérieure plane 19a et une surface inférieure 19b également plane. La surface inférieure 19b est située au- dessus de la butée 18 et est pourvue d'un ergot axial 20 orienté vers le bas et situé radialement à une distance par rapport à l'axe de rotation, telle que ledit ergot axial 20 soit capable d'entrer en contact avec la butée 18 lors de la rotation du plateau 19. Le plateau 19 est pourvu d'une protubérance radiale 21 apte à venir en contact avec un ergot radial 22 issu du bord inférieur libre de la partie axiale 4 de la partie de support 2 et orienté radialement vers l'intérieur. Dans les positions illustrées sur les figures 1, 2 et 3, la protubérance 21 est en contact avec l'ergot radial 22, et l'ergot axial 20 est en contact avec la butée 18. A partir de cette position, on comprend qu'il est possible de tourner le volant 1 dans le sens horaire sur sensiblement un tour, en entraînant en rotation le plateau 19 jusqu'à ce que l'ergot 20 dudit plateau 19 entre en contact avec la butée 18. Dans le sens anti-horaire, on peut également tourner le volant 1 sur sensiblement un tour, sans entraîner le plateau 19, jusqu'à ce que l'ergot radial 22 entre en contact avec la protubérance 21 du plateau 19 dont l'ergot axial 20 est toujours en contact avec la butée 18 du boîtier 9. Le dispositif comprend, en outre, deux ressorts. Un ressort supérieur 23 de type spirale est disposé sur la surface supérieure 19a du plateau 19. Le ressort 23 comprend une extrémité interne 23a pliée axialement vers le bas en étant disposée dans un trou 24 formé dans ladite surface supérieure 19a du plateau 19. Une portion sensiblement droite 23b située avant l'extrémité repliée 23a est solidarisée au plateau par des moyens appropriés de façon à être angulairement liée à la rotation du plateau. Le ressort 23 comprend une extrémité externe 23c qui fait saillie radialement par rapport au plateau 19 et qui est en contact avec l'ergot radial 22 du volant. Le second ressort 25 est disposé sur la surface inférieure 19b du plateau 19. Le ressort 25 est de type spirale et comprend une extrémité de faible diamètre disposée dans un trou transversal 26 du doigt axial 17, et une extrémité de grand diamètre 25b en contact avec l'ergot axial 20 du plateau 19 du côté opposé à la butée 18, dans la position illustrée sur les figures 1 à 3. A partir de la position neutre des figures 1 à 3, si l'on tourne le volant dans le sens horaire, l'ergot radial 22 du volant entraîne en rotation le plateau 19 par l'intermédiaire de la protubérance radiale 21. Le ressort 23 ne subit donc pas de modification et reste avec la légère précontrainte auquel on l'avait soumis lors de son montage. Au contraire, l'ergot axial 20 du plateau 19 n'est plus en contact avec la butée 18 et entraîne en rotation dans le sens horaire l'extrémité externe 25b du ressort 25 dont l'extrémité interne 25a est fixe dans le trou transversal 26 du doigt 17 du boîtier 9. Le ressort 25 est donc progressivement tendu jusqu'à ce que la rotation soit arrêtée, soit par l'opérateur ou soit par le contact entre l'ergot axial 20 (ou le cas échéant l'extrémité 25b du ressort 25) et la butée 18 au bout de sensiblement un tour. Lorsque l'opérateur relâche le volant, le ressort 25 se détend et entraîne l'ergot axial 20 et donc le plateau 19 dans le sens anti- horaire jusqu'à retrouver la position illustrée sur la figure 3. Ce déplacement du plateau 19 dans le sens anti-horaire entraîne également un déplacement correspondant du volant dans le même sens en raison du contact entre la protubérance radiale 21 et l'ergot radial 22 du volant. A partir de la position neutre illustrée sur les figures 1 à 3, lorsqu'un opérateur entraîne le volant en rotation dans le sens anti- horaire, l'ergot radial 22 du volant entraîne en rotation dans ledit sens anti-horaire l'extrémité externe 23c du ressort supérieur 23. Le plateau 19 tend également à se déplacer dans le sens anti-horaire mais est bloqué par le contact de l'ergot axial 20 sur la butée 18 du boîtier 9. Le plateau 19 reste donc immobile et le ressort 23 se tend. Dans le sens anti-horaire, la rotation maximale est limitée à sensiblement un tour, lorsque l'ergot radial 22 (ou le cas échéant l'extrémité 23c du ressort 23) entre en contact avec la protubérance 21 du plateau 19. Lorsque l'opérateur relâche le volant, le ressort 23 se détend progressivement en entraînant l'ergot radial 22 et donc le volant dans le sens horaire, le plateau 19 restant immobile, son ergot axial 20 étant en contact avec la butée 18 du boîtier 9, comme on le voit sur la figure 3. Le ressort 23 tend donc à ramener le volant jusque dans la position illustrée sur les figures 1 à 3. En d'autres termes, la rotation du volant dans un sens provoque la rotation du plateau et la mise sous contrainte de l'un des ressorts par enroulement sans que l'autre ressort ne subisse de modification de contrainte, tandis que la rotation du volant dans l'autre sens provoque la mise sous contrainte de l'autre ressort par enroulement sans que le premier ressort ne subisse de modifications de contrainte, le plateau étant empêché de tourner. L'ergot radial 22 est donc apte à entraîner le plateau 19 en rotation dans un sens, à comprimer le ressort 23 lors d'une rotation dans l'autre sens et à venir en contact de butée de fin de course avec la protubérance radiale 21 du plateau 19 toujours dans l'autre sens. L'ergot axial 20 situé sous la surface inférieure 19b du plateau 19 est apte à entraîner l'extrémité externe 25b du ressort inférieur 25 en le comprimant dans un sens jusqu'à venir en butée de fin de course sur la butée 18 du boîtier 9 et, dans l'autre sens, à rester en appui sur ladite butée 18. Les ressorts 23 et 25 sont montés en opposition et sont légèrement précontraints, de façon qu'en position neutre l'ergot radial 22 du volant soit légèrement en appui sur la protubérance radiale 21 du plateau 19 et que l'ergot axial 20 du plateau 19 soit lui-même légèrement en appui sur la butée 18 du boîtier 9. Le volant est alors en position d'équilibre au point neutre. Ainsi, quel que soit le sens de rotation à partir du point neutre, si l'opérateur relâche le volant, le ressort ayant été comprimé restitue de l'énergie en se détendant et ramène le volant au point neutre. Le volant peut effectuer sensiblement un tour dans chaque sens et revenir de lui-même au point neutre. Bien entendu, ce mode de réalisation n'est pas limitatif. On pourrait aussi obtenir les mêmes résultats en entraînant les extrémités de grand diamètre des ressorts par des moyens distincts des ergots ou des protubérances radiaux et axiaux, par exemple en introduisant l'extrémité externe du ressort supérieur dans un trou radial aménagé dans l'organe tournant, par exemple dans la partie axiale 4 et en solidarisant l'extrémité externe du ressort inférieur avec le fond 10 du boîtier 9. Les positions relatives de différents éléments peuvent être inversées sans modifier le fonctionnement du dispositif, et à ce titre de variante. On obtient, grâce à l'invention, un ensemble très compact et simple de rappel au point neutre et de limitation du nombre de tours d'un volant, apte à être disposé dans la partie centrale d'un volant sans axe, l'encombrement radial du dispositif de rappel au point neutre lui permettant d'être monté dans l'espace radial libre à l'intérieur du volant et à l'intérieur du roulement, l'encombrement axial du dispositif de rappel au point neutre étant lui-même inférieur à l'encombrement axial du roulement. L'encombrement axial du dispositif de rappel au point neutre est suffisamment faible pour laisser un espace libre sous le capot 16 et permettre l'installation d'organes annexes. Grâce à l'invention, on dispose d'un volant de direction économique, de faible encombrement axial et radial tout en laissant libre un espace central et en n'utilisant qu'un seul palier à roulement lui-même pourvu d'une unique rangée d'éléments roulants. REVENDICATIONS 1. Dispositif de rappel au point neutre de la bague tournante d'un palier à roulement (5) pourvu d'une bague intérieure (6) et d'une bague extérieure (7), l'une des bagues étant solidaire d'un élément fixe et l'autre bague étant solidaire d'un élément tournant, le dispositif de rappel étant du type comprenant des ressorts destinés à appliquer un couple de rappel sur la bague tournante pour la ramener au point neutre et des moyens pour limiter dans deux directions la rotation de la bague tournante, caractérisé par le fait qu'il comprend un plateau (19) monté à rotation par rapport à l'élément fixe (9) et deux ressorts en spirale, un premier ressort (23) étant disposé d'un coté du plateau et fixé sur celui-ci par son extrémité interne, un second ressort (25) étant disposé de l'autre coté du plateau et fixé par son extrémité interne sur l'élément fixe, l'extrémité externe du premier ressort étant liée, dans un premier sens, à la rotation de la bague tournante et l'extrémité externe du second ressort étant liée, dans un deuxième sens opposé au premier, à la rotation du plateau, le dit dispositif étant de diamètre inférieur ou égal à l'alésage de la bague intérieure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des premiers moyens d'entraînement de l'extrémité externe du premier ressort, les premiers moyens d'entraînement étant solidaires de la bague tournante, et des seconds moyens d'entraînement de l'extrémité externe du second ressort, les seconds moyens d'entraînement étant solidaires du plateau. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe d'entraînement solidaire de la bague tournante et destiné à entraîner, dans un premier sens de rotation, le plateau par contact direct avec un organe d'appui dudit plateau, l'organe d'appui formant également butée pour l'arrêt en rotation de la bague tournante après sensiblement un tour dans le deuxième sens à partir du point neutre. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement du premier ressort sont constitués par l'organe d'entraînement solidaire de la bague tournante. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'organe d'entraînement solidaire de la bague tournante est un ergot radial !1 (22). 6. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement du premier ressort sont constitués par un trou dans lequel vient se loger l'extrémité externe du ressort. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le plateau comprend, du coté du second ressort, un organe d'arrêt destiné à coopérer avec une butée (18) de l'élément fixe pour limiter à sensiblement un tour la rotation du plateau lorsque ledit plateau est entraîné dans le premier sens de rotation et pour interdire la rotation dudit plateau à partir du point neutre dans le deuxième sens de rotation. 8. Dispositif selon les revendications 2 et 7, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement du second ressort solidaires du plateau sont constitués par l'organe d'arrêt situé sur le plateau. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe d'arrêt situé sur le plateau est un ergot axial (20). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le point d'ancrage de l'extrémité interne du deuxième ressort est situé sur un axe fixe solidaire de l'organe fixe. i 1. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la rotation de la bague tournante dans le premier sens provoque la rotation du plateau et la mise sous contrainte du deuxième ressort par enroulement sans que le premier ressort ne subisse de modification de contrainte, tandis que la rotation de la bague tournante dans le deuxième sens provoque la mise sous contrainte du premier ressort par enroulement sans que le deuxième ressort ne subisse de modification de contrainte, le plateau étant empêché de tourner par l'organe d'arrêt venant en appui sur la butée de l'élément fixe. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le second ressort est disposé axialement entre ledit plateau et l'élément fixe. 13. Volant du type sans axe, caractérisé par le fait qu'il est fixé sur la bague tournante d'un palier à roulement (5) pourvu d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 14. Volant sans axe suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que le palier à roulement est équipé d'un dispositif de détection des paramètres de rotation.