Brevet FR2802990A1 — publié le 20010629

présente invention se rapporte au domaine technique des roulements, et plus particulièrement des roulements à billes. Elle concerne également des roues équipées de tels roulements, ainsi qu'un procède de fabrication d'une roue équipée d'un roulement la roue obtenue par le procédé. Les roulements sont très largement utilisés dans l'industrie, par exemple dans l'industrie automobile, où ils équipent de nombreux équipements, tels que des alternateurs, démarreurs, embrayages ou moteurs d'asservissement comme ceux des vitres électriques, essuie- glaces, climatisateurs, etc. ..., ou encore dans d'autres domaines variés, comme celui des équipements industriels, par exemple les machines- outils. Un autre domaine industriel plus récent où les roulements sont utilisés celui des roues pour patins à roulettes et planches ' roulettes, encore appelés respectivement rollers et skates. II existe de nombreuses sortes de roulements, qui sont conçus pour repondre à des contraintes de fonctionnement différentes, et peuvent varier largement en forme, en taille, et en type de composants. On connait les roulements à billes, les roulements à rouleaux sphériques, les roulements à rouleux cylindriques, les roulements à rouleaux coniques, les roulements à aiguilles, etc ... La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux roulements à billes. Les roulements à billes de l'art antérieur sont généralement formés de deux bagues montées axialement, une bague extérieure et une bague intérieure, entre lesquelles sont insérées une deux rangées de billes sphériques libres de tourner autour d'elles mêmes et/ou se déplacer. La présence des billes et éventuellement de moyens lubrifiants complémentaires permet aux deux bagues de tourner axialement l'une par rapport à l'autre en minimisant les frottements, et donc pertes d'énergie. De manière connue en soi et selon les applications souhaitées pour le roulement, les billes peuvent être libres et jointives ou libres et non jointives, ou au contraire emprisonnées dans des cages qui maintiennent entre elles un écart constant. Un lubrifiant tel que de la graisse peut être incorporé dans l'espace formé entre les deux bagues. Des joints d'étanchéité peuvent être prévus pour fermer les bagues et éviter la fuite de lubrifiant et/ou la pénétration de pollutions externes telles que des poussières. Conformément aux roulements de l'art antérieur, lorsque l'on a besoin d'un roulement ayant une dimension axiale plus importante que la hauteur de deux rangées de billes, on passe à des roulements à rouleaux ou à aiguilles, qui sont considérés depuis toujours comme plus résistants et plus performants par l'homme du métier. On adapte alors la longueur desdits rouleaux ou desdites aiguilles à la dimension axiale de roulement souhaitée. Mais ces types de roulements présentent l'inconvénient majeur d'avoir un grand encombrement dimensionnel et/ou un couple de démarrage élevé et/ou un poids important. L'invention propose un roulement qui remédie aux inconvénients des roulements de l'art antérieur. Les efforts de recherche dans le domaine du roulement ont toujours consisté a améliorer les matériaux choisis, la lubrification du roulement, les états de surface des pièces, mais n'ont pas cherché à modifier la combinaison de pièces formant le roulement. La présente invention pose le problème de façon radicalement différente, et va l'encontre des préjugés anciens et constants de l'homme du métier. Selon l'invention, le roulement à billes est caractérisé en ce qu'il comprend une bague annulaire extérieure et une bague annulaire intérieure qui définissent entre elles un espace annulaire pour les billes, et en ce qu'il comprend au moins trois rangées de billes. Les rangées de billes sont superposées axialement. Le nombre de rangées est déterminé en fonction de l'application souhaitée et/ou de la sollicitation à laquelle on prévoit de soumettre le roulement. De préférence, le roulement à billes selon l'invention comprend trois rangées de billes. Un roulement comprenant trois rangées de billes ou plus présente des avantages certains par rapoort à l'accolement de plusieurs roulement comprenant une seule rangée de billes. En effet, le roulement comprenant plusieurs rangées de billes selon l'invention présente de meilleures propriétés de roulabilité, une meilleure capacité de graissage, ainsi qu'une plus grande résistance et une plus grande robustesse. II en résulte que la durée de vie du roulement est augmentée. Les coûts de fabrication d'un roulement comprenant au moins trois rangées de billes sont inférieurs aux coûts de fabrication et d'assemblage de plusieurs roulements comprenant une seule rangée de billes, ou à ceux de roulements à aiguilles ou à rouleaux. L'invention concerne également des roues équipées de tels roulements, et plus particulièrement des roues de patins et planches à roulettes, c'est à dire de rollers et skates. Les roues pour patins et planches à roulettes de l'art antérieur sont équipées de roulements à billes classiques à une ou deux rangées de billes. Elles sont réalisées en matière plastique moulée, et mettent en couvre deux matériaux plastiques différents, l'un formant la partie de contact de la roue avec le sol, et caractérisé par ses qualités d'adhérence et d'amortissement, l'autre formant le moyeu central de la roue, et caractérisé par ses qualités de robustesse et de rigidité. D'une manière connue en soi, la partie de contact et le moyeu de la roue sont réalisés ensemble par moulage dans un même moule à bi-injection de matière. Puis le roulement est introduit dans l'orifice central du moyeu. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une roue équipée d'un roulement selon l'invention, et la roue obtenue par ledit procédé. Selon l'invention, le procédé de fabrication par moulage d'une roue est carcatérisé en ce qu'on insère le roulement dans le moule et qu'on injecte autour du roulement une ou deux matières plastiques pour former la roue, le roulement étant ainsi directement intégré à la roue. L'invention sera mieux comprise dans la description détaillée qui va suivre de modes de réalisation préférés mais non limitatifs du roulement et de la roue selon l'invention, plus particulièrement prévus pour des roulements à billes pour roues de patins et planches à roulettes, et qui sont illustrés à l'aide des dessins annexés dans lesquels - les figures 1 à 4 représentent, respectivement en perspective avec arrachement, en vue de dessus, en coupe longitudinale et en vue latérale, un premier mode de réalisation de roulement, comprenant trois rangées de 10 billes et un épaulement périphérique externe ; - la figure 5 représente, en coupe longitudinale, un deuxième mode de réalisation de roulement, comprenant trois rangées de billes, et ne présentant pas d'épaulement périphérique ; - la figure 6 represente, en vue de dessus, une cage ; - les figures 7 à 10 représentent respectivement en coupe longitudinale quatre variantes d'une bague extérieure, à savoir cylindrique sans épaulement, cylindrique avec un épaulement à une extrémité, cylindrique avec un épaulement à chaque extrémité, conique sans épaulement ; - les figures 11 et 12 représentent respectivement en coupe longitudinale deux variantes d'une bague intérieure, à savoir cylindrique et conique - les figures 13 à 16 représentent, en coupe longitudinale, respectivement quatre variantes de roulements ayant un espace annulaire cylindrique, à savoir : roulement à bague extérieure cylindrique et à bague intérieure conique, roulement à bague extérieure conique et à bague intérieure cylindrique, roulement à bague extérieure et à bague intérieure coniques, roulement à bague extérieure et à bague intérieure coniques, avec conicité inversée ; - les figures 17 à 20 représentent, en coupe longitudinale, respectivement quatre variantes de roulements ayant un espace annulaire conique, à savoir : roulement à bagues extérieure et intérieure cylindriques, roulement à bague extérieure cylindrique et à bague intérieure conique, roulement à bague extérieure conique et à bague intérieure cylindrique, roulement à bagues extérieure et intérieure coniques ; - la figure 21 représente une autre variante de roulement ayant des diamètres de billes variables d'une rangée à l'autre ; - la figure 22 represente une roue pour patin à roulettes ou planche à roulettes équipée d'un roulement présentant des ailettes extérieures radiales. En se référant aux figures 1 à 4, le roulement 1 comprend une bague extérieure cylindrique 3 présentant une face externe 301 et une face interne 303, et une bague intérieure cylindrique 5 présentant une face externe 501 et une face interne 503, lesdites bagues 3, 5 définissant entre elles un espace annulaire cylindrique 7. La bague extérieure 3 présente à l'une de ses extrémités un épaulement radial 9 destiné à facilité l'insertion du roulement 1 à l'intérieur d'un montage, par exemple à l'intérieur d'une roue. Grâce à la présence de l'épaulement 9, le roulement 1 peut être positionné et calé à l'intérieur dudit montage. L'espace annulaire 7 présente des chemins de roulement 11 matérialisés par des gorges circonférentielles 13 de la face interne 303 de la bague extérieure 3 et des gorges circonférentielles 15 de la face interne 503 de la bague intérieure 5, lesdites gorges 15 étant situées en regard des gorges 13. Les gorges 13 et 15 présentent de préférence un profil en forme de portion de cercle ou d'ellipse. Selon le mode de réalisation préféré, les chemins de roulement 11 sont au nombre de trois et équidistants, mais on pourrait envisager des chemins de roulement 1 1 plus nombreux et/ou non équidistants. Des billes 17 sont disposées à l'intérieur des chemins de roulement 11, formant des rangées 19 de billes 17 qui se succèdent axialement. Selon le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 4, chaque chemin de roulement 11 contient dix billes 17 libres et jointives. Une rainure longitudinale extérieure 21 est ménagée sur la face interne 303 de la bague extérieure 3 et une rainure longitudinale intérieure 23 est ménagée en regard de la précédente sur la face interne 503 de la bague intérieure 5, les deux rainures 21, 23 coopérant pour former un chargeur de billes 25 par lequel sont successivement introduites les billes 17 de chaque rangée 19 de billes 17. Les rainures 21 et 23 présentent de préférence un profil en forme de portion de cercle ou d'ellipse. En se référant à la figure 5, un deuxième mode de réalisation du roulement 1 selon l'invention est représenté, comprenant trois rangées 19 de billes 17 jointives, et sans épaulement 9 d'extrémité. Sur la figure 5 apparaît également un orifice de graissage 31 destiné notamment à recevoir un graisseur du type graisseur à bille. La présence d'un orifice de graissage 31 n'est pas limitée au mode de réalisation de la figure 5. Ainsi le roulement selon l'invention présente l'avantage, lorsqu'il est équipé d'un graisseur, d'avoir une durée de vie prolongée par rapport aux roulements de l'art antérieur. Les bagues peuvent être réalisées en métal, par exemple en acier, ou en matière plastique, ou en matériau fritté, ou en matériaux ou fibres synthétiques, ou en céramique. Les billes peuvent être réalisées en métal, par exemple en acier, ou en matière plastique, ou en matériau fritté, ou en matériaux ou fibres synthétiques, ou en verre ou en céramique. Toutes les combinaisons de bagues et de billes peuvent être envisagées, notamment bagues et billes en métal, bagues et billes en matière plastique, bagues en métal et billes en verre, etc ... D'autres matériaux que ceux qui viennent d'être cités peuvent être utilisées, que ce soit pour les bagues ou pour les billes, dès qu'ils présentent les propriétés mécaniques requises. Selon un autre mode de réalisation, le roulement peut comprendre des billes non jointives enchâssées dans une cage. Conformément aux cages de l'art antérieur, la cage peut être métallique ou en matière plastique, par exemple en polyamide ou en polyamide chargé de fibres de verre. La figure 6 illustre une cage 27 en matière plastique comprenant un anneau circulaire 271 sur une face duquel sont ménagés des logements 273 ayant des parois 275 s'étendant à partir de ladite face en se rapprochant de manière à retenir les billes 17. Les billes 17 sont introduites à force dans les logements 273. Dans cet exemple, les logements 273 sont au nombre de sept. Les figures 7 à 10 représentent quatre variantes possibles de la bague extérieure 3, et les figures 11 et 12 représentent deux variantes possibles de la bague intérieure 5. La figure 7 représente une bague extérieure 3 cylindrique à faces externe 301 et interne 303 parallèles, ne présentant pas d'épaulement d'extrémité, comprenant sur sa face interne 303 trois gorges circonférentielles 13 et une rainure longitudinale 21 pour l'introduction de billes 17. La figure 8 est analogue à la figure 7 pour une bague extérieure 3 présentant un épaulement 9 à l'une de ses extrémités. La figure 9 est analogue aux précédentes, pour une bague extérieure 3 présentant un épaulement 9 à chaque extrémité. La figure 10 représente une bague extérieure 3 ayant une face interne 303 cylindrique et une face externe 301 conique, comprenant sur sa face interne 303 trois gorges circonférentielles 13 et une rainure longitudinale 21. La figure 11 représente une bague intérieure 5 cylindrique à faces externe 501 et interne 503 parallèles, comprenant sur sa face interne 503 trois gorges circonférentielles 15 et une rainure longitudinale 23. La figure 12 représente une bague intérieure 5 ayant une face externe 501 cylindrique et une face interne 503 conique, comprenant sur sa face interne 503 trois gorges circonférentielles 15 et une rainure longitudinale 23. Les figures 13 à 20 représentent des variantes de formes possibles de roulements selon l'invention. Les roulements des figures 13 à 16 comprennent des rangées de billes 17 ayant toutes le même diamètre d'une rangée à l'autre, alors que les roulements des figures 17 à 20 comprennent des rangées de billes à diamètre croissant d'une rangée d'extrémité à l'autre rangée d'extrémité. Les figures 13 à 20 montrent des roulements ayant une bague extérieure 3 cylindrique à face parallèles (fig. 13), ou une bague extérieure 3 ayant une face externe 301 conique et une face interne 303 cylindrique (fig. 14, 15, 16), ou une bague extérieure 3 ayant une face externe 301 cylindrique et une face interne 303 conique (fig. 17, 18, 19), ou une bague extérieure 3 ayant deux faces coniques parallèles (fig. 20). Ces mêmes figures montrent des roulements ayant une bague intérieure 5 cylindrique à faces parallèles (fig. 14), ou une bague intérieure 5 ayant une face externe 501 conique et une face interne 503 cylindrique (fig. 13, 15, 16), ou une face externe 501 cylindrique et une face interne 503 conique (fig. 17, 19), ou une bague intérieure ayant les deux faces coniques parallèles (fig. 18, 20). On constate (figures 15 et 16) que la conicité d'une bague par rapport à l'autre peut être inversée. L'homme du métier saura aisément étendre ces exemples à d'autres combinaisons possibles de bagues extérieure 3 et intérieure 5 à faces cylindriques ou coniques, parallèles ou non. Une autre variante de réalisation est illustrée à la figure 21. Le roulement 1 comprend trois rangées 19 de billes 17, les deux rangées d'extrémité ayant des billes 17 d'un diamètre supérieur au diamètre des billes de la rangée (des rangées) 19 intermédiaire(s). L'avantage principal du roulement 1 conforme à cette variante de réalisation réside dans le fait que le roulement est capable d'absorber les précontraintes auquel il est soumis, lesdites précontraintes pouvant être élastiques ou non. L'invention concerne également une roue munie d'un roulement 1 conforme à l'invention, et notamment une roue de patin à roulette ou une roue de planche à roulettes. L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'une roue équipée d'un roulement selon l'invention Le procédé selon l'invention est un procédé de moulage de la roue, qui comprend une étape d'insertion du roulement dans le moule, suivie d'une ou deux étapes d'injection de matière plastique directement autour du roulement. Le roulement est ainsi rendu solidaire de la roue au moment du moulage. Selon une première variante, on insère le roulement dans le moule et on injecte autour du roulement une première matière plastique, par exemple du polyamide, pour former un moyeu, et une seconde matière plastique, par exemple du polyuréthanne, pour former la partie de contact de la roue. Selon une seconde variante, on insère le roulement dans le moule et on injecte autour du roulement une seule matière plastique, par exemple du polyuréthanne, pour former la roue. L'invention concerne enfin la roue 22 obtenue par le procédé selon l'invention, telle qu'illustrée à la figure 22. Le roulement 1 est un roulement 1 comprenant trois rangées de billes 17, à bagues extérieure 3 et intérieure 5 cylindriques à faces parallèles, définissant un espace annulaire 7 cylindrique. Le roulement 1 est de préférence muni d'ailettes radiales 29, ayant de préférence une répartition croissante des bords vers le centre de la surface extérieure du roulement 1. Les ailettes 29 ont pour avantage de renforcer le roulement 1. Leur présence augmente la surface de contact entre le roulement et la matière plastique injectée 33, et favorise l'adhérence de la matière plastique 33 sur ledit roulement 1. Ainsi, la roue selon l'invention est non seulement équipée d'un roulement selon l'invention présentant au moins trois rangées de billes, mais selon une variante préférée, elle ne comporte pas de moyeu. En effet, le roulement selon l'invention présente des qualités de robustesse et de rigidité telles que lorsque le roulement est intégré à la roue lors de l'opération de moulage, la présence d'un moyeu n'est plus nécessaire. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits, et l'homme du métier pourra envisager sans difficultés de nombreuses adaptations qui sont à sa portée. Les exemples de roulements qui ont été décrits comprennent trois rangées de billes, mais l'invention concerne également les roulements ayant plus de trois rangées de billes, le nombre de rangées étant fonction de l'application souhaitée et des contraintes appliquées. On peut envisager de nombreux roulements variant par leurs dimensions, le nombre et la dimension des billes qu'ils contiennent sur chaque rangée, le nombre de rangées de billes, la présence ou l'absence d'un épaulement à l'une et/ou à l'autre de ses extrémités, le caractère cylindrique et/ou conique des faces interne et/ou externe de chaque bague, ... On peut prévoir la présence de plusieurs chargeurs de billes, notamment pour des billes ayant un diamètre différent d'une rangée à l'autre. D'autres matériaux pour les bagues, les billes les cages, les matières formant la roue peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. L'invention n'est pas non plus limitée aux applications décrites, et l'on pourra envisager de nombreuses autres applications industrielles sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Roulement (1) à billes (17), caractérisé en ce qu'il comprend une bague annulaire extérieure (3) et une bague annulaire intérieure (5) qui définissent entre elles un espace annulaire (7) pour les billes (17), et en ce qu'il comprend au moins trois rangées (19) de billes (17). 2. Roulement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend trois rangées (19) de billes (17). 3. Roulement (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'espace annulaire (7) est cylindrique. 4. Roulement (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'espace annulaire (7) est conique. 5. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les diamètres des billes (17) sont identiques d'une rangée (19) de billes (17) à l'autre. 6. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les diamètres des billes (17) sont croissants d'une rangée extrême de billes (17) à l'autre rangée extrême de billes (17). 7. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les diamètres des billes (17) sont identiques sur les deux rangées extrêmes de billes (17) et les diamètres de billes (17) sont inférieurs aux précédents sur la(les) rangée(s) intermédiaire(s) de billes (17). 8. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bague extérieure (3) présente un épaulement périphérique (9) externe à l'une au moins de ses extrémités. 9. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un chargeur (25) de billes (17). 10. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la bague extérieure (3) présente au moins une rainure longitudinale interne (21) et la bague intérieure (5) présente au moins une rainure longitudinale interne (23), lesdites rainures (21, 23) coopérant deux à deux pour former un chargeur (25) de billes (17). 11. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un chemin de roulement (11) pour chaque rangée (19) de billes (17). 12. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que pour chaque rangée (19) de billes (17), la bague extérieure (3) comprend une gorge périphérique (13) sur sa face interne et la bague intérieure (5) comprend une gorge périphérique (15) sur sa face interne, les deux gorges (13, 15) coopérant pour former un chemin de roulement (11) pour les billes (17) de ladite rangée (19) de billes (17). 13. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que sur chaque rangée (19) les billes (17) sont libres et jointives. 14. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que sur chaque rangée (19) les billes (17) sont libres et non jointives. 15. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que sur chaque rangée (19) les billes (17) sont enchâssées dans des cages (27). 16. Roulement (1) selon la revendication 15, caractérisé en ce que les cages (27) sont en métal. 17. Roulement (1) selon la revendication 15, caractérisé en ce que les cages (27) sont en matière plastique. 18. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les bagues (3, 5) sont en métal. 19. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les bagues (3, 5) sont en matière plastique. 20. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les billes (17) sont en métal. 21. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les billes (17) sont en matière plastique. 22. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les billes (17) sont en verre ou en céramique. 23. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les bagues (3, 5) et les billes (17) sont en acier. 24. Roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que la bague extérieure (3) est munie sur sa surface externe d'ailettes radiales (29). 25. Utilisation du roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, pour équiper une roue (50) de patin à roulettes ou une roue (50) de planche à roulettes. 26. Procédé de fabrication par moulage d'une roue, caractérisé en ce qu'on insère un roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 24 dans le moule et qu'on injecte autour du roulement (1) une première matière plastique pour former un moyeu, et une seconde matière plastique pour former la partie de contact de la roue (50). 27. Procédé de fabrication par moulage d'une roue (50), caractérisé en ce qu'on insère un roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 24 dans le moule et qu'on injecte autour du roulement (1) une seule matière pour former la roue (50), qui ne comporte alors pas de moyeu. 28. Roue (50), caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon la revendication 26 ou 27. 29. Roue (50), caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 24. 30. Roue (50) selon la revendication 29, caractérisée en ce que le roulement (1) est intégré au moment du moulage de la roue (50).