Brevet FR2829902A1 — publié le 20030328

Coupleur entre arbre moteur et organe de coupe rotatif et dispositif de coupe équipé d'un tel coupleur La présente invention concerne un coupleur entre l'arbre moteur de sortie rotatif d'un dispositif de coupe, en particulier un dispositif de coupe portable à coupe rotative, tel qu'une débroussailleuse et un organe de coupe rotatif tel qu'une lame, ainsi qu'un dispositif de coupe équipé d'un tel coupleur. Les dispositifs de coupe tels que les dispositifs portables à coupe rotative, en particulier les débroussailleuses, sont particulièrement dangereux lorsqu'ils sont équipés d'organes de coupe rigides tels que lame, disque ou similaire. En effet, lorsque le couple transmis par l'élément moteur de la débroussailleuse à l'organe de coupe devient inférieur au couple résistant appliqué à l'organe de coupe, en particulier lors de la rencontre d'un obstacle tel qu'une pierre, il se produit immédiatement une réaction violente de l'ensemble de la débroussailleuse. Cette réaction peut, si l'opérateur ne se méfie pas, blesser ce dernier. Cette réaction peut se traduire par des déplacements incontrôlés et brutaux de la débroussailleuse, par la casse de l'organe de coupe ou par la casse de tout ou partie de l'élément moteur inapte à réagir à un arrêt brutal de la rotation de l'organe de coupe. Pour résoudre ce problème, il a été imaginé d'incorporer entre arbre moteur et organe de coupe un limiteur de couple. Jusqu'à présent, ces limiteurs de couple sont conçus à partir de billes chargées par ressort, ces billes venant en contact de pression contre un chemin de roulement approprié. Dans de tels dispositifs, les inconvénients observés sont une usure rapide des billes, un matage du chemin de roulement et globalement une faible durée de vie du limiteur de couple. Par ailleurs, il s'avère que le réglage du couple est difficile. Enfin, on constate une mauvaise dissipation de la chaleur. Un but de la présente invention est de proposer un coupleur d'un nouveau type dont la conception permet d'améliorer l'évacuation de la chaleur et d'obtenir une absence de choc dans le fonctionnement du coupleur, en particulier du fait de l'obtention du couple à transmettre par l'effort radial entre stator et rotor. Un autre but de la présente invention est de proposer un coupleur d'un nouveau type dont la conception permet de limiter l'usure des pièces et de minimiser l'échauffement. Un autre but de la présente invention est de proposer un coupleur parfaitement intégrable dans la tête d'une machine de coupe portable à coupe rotative, ce coupleur présentant un faible encombrement et un poids relativement peu important du fait des matériaux utilisés. A cet effet, l'invention a pour objet un coupleur entre l'arbre moteur de sortie rotatif d'un dispositif de coupe tel qu'une débroussailleuse et un organe de coupe rotatif tel qu'une lame, caractérisé en ce que le coupleur est constitué d'une part d'un rotor solidarisable à l'arbre moteur et se présentant au moins sous forme d'une cloche dont au moins une partie des parois internes forme une piste de friction, d'autre part d'un stator apte à porter l'organe de coupe, ce stator pouvant être entraîné par le rotor par l'intermédiaire de patins de friction portés par ledit stator, ces patins étant soumis de façon permanente à l'action de ressorts de compression pour s'appliquer sur la piste de friction du rotor et entraîner en rotation le stator, la mise en rotation du stator générant une force centrifuge appliquée aux patins, cette force centrifuge s'ajoutant à la force des ressorts pour obtenir un entraînement à vitesse égale entre stator et rotor et s'annulant sous l'action d'un blocage accidentel du stator pour neutraliser momentanément l'entraînement entre rotor et stator par glissement des patins sur la surface de la piste de friction du rotor. La conception d'un tel coupleur est résolument novatrice en combinant la force centrifuge et la friction pour obtenir une limitation de couple. On note en particulier que c'est le carter extérieur ou rotor qui entraîne l'organe de coupe par le biais des patins de friction portés par le stator. Un tel coupleur peut fonctionner à des vitesses de rotation de l'arbre moteur de sortie particulièrement élevées tout en présentant une réaction à un choc extrêmement rapide. L'invention a encore pour objet un dispositif de coupe, en particulier portable à coupe rotative tel qu'une débroussailleuse, ce dispositif comportant, entre un arbre moteur de sortie rotatif et un organe de coupe rotatif, un coupleur, caractérisé en ce que le coupleur est du type précité. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue partielle schématique en couple d'un coupleur conforme à l'invention ; la figure 2 représente une vue partielle schématique en coupe suivant A-A de la figure 1 ; la figure 3 représente une vue partielle schématique du principe de fonctionnement d'un coupleur de la figure 1 ; la figure 4 représente une vue partielle schématique en coupe suivant B-B de la figure 1 ; la figure 5 représente une vue partielle schématique en coupe du stator en l'absence de la platine porte- patins ; la figure 6 représente une vue partiellement en coupe de la cloche du rotor et la figure 7 représente une vue schématique partielle du coupleur à l'état désassemblé des éléments le constituant, une partie du rotor et une partie du stator étant représentées en parallèle en vue en coupe et en vue de dessus. Comme mentionné dans l'introduction, le coupleur 1, objet de l'invention, est plus particulièrement destiné à accoupler l'arbre moteur de sortie rotatif d'un dispositif de coupe, en particulier un dispositif de coupe portable à coupe rotative, tel qu'une débroussailleuse, et un organe de coupe rotatif rigide, tel qu'une lame, un disque ou bien encore une plaque rotative de forme quelconque. Les débroussailleuses connues à ce jour comportent ainsi de manière en soi connue un corps tubulaire ou canne muni d'un arbre moteur rotatif d'entraînement d'un organe de coupe. La canne peut affecter un grand nombre de formes. Elle est généralement munie, au voisinage de l'une de ses extrémités, d'un guidon ou d'une poignée pour faciliter sa préhension par l'opérateur. L'arbre moteur est quant à lui généralement accouplé à un moteur thermique ou électrique et comporte à son extrémité de sortie un renvoi d'angle constitué de deux pignons spiro-hélicoïdaux. Le second pignon est prolongé d'un arbre qui peut être relié à son extrémité directement au coupleur. Ce coupleur peut ainsi se loger dans la tête de la débroussailleuse, cette tête affectant sensiblement la forme d'une cloche solidaire de l'extrémité de la canne opposée à celle munie de l'organe de préhension. Le détail de cet arbre moteur ne sera pas fourni car il est bien connu à ceux versés dans cet art. Le coupleur 1, destiné à être positionné entre l'arbre moteur de sortie rotative du dispositif de coupe et l'organe de coupe rotatif rigide, est constitué quant à lui d'une part d'un rotor 2,3 solidarisable à l'arbre moteur, d'autre part d'un stator apte à porter l'organe de coupe. Le rotor se présente au moins sous forme d'une cloche 3 qui peut affecter une forme conforme à celle représentée à la figure 6. Au moins une partie des parois internes de cette cloche forme une piste 4 de friction. Dans l'exemple représenté à la figure 6, le corps de la cloche est constitué d'une partie centrale tronconique dont la base et la surface parallèle à la base sont prolongées chacune d'une portion de cylindre, la portion cylindrique s'étendant au-delà de la surface parallèle à la base du tronc de cône permettant la fixation du coupleur à l'arbre moteur de sortie rotatif du dispositif de coupe tandis que la partie cylindrique opposée est prolongée de pattes 3B dont le rôle sera décrit ci-après. La piste 4 de friction est une piste circulaire ménagée dans la partie tronconique de la cloche. Le stator 5,6, 7, apte à porter l'organe de coupe, peut être entraîné en rotation par le rotor par l'intermédiaire de patins 11 de friction portés par le stator. Il est à noter qu'on entend par rotor un élément menant moteur rotatif et par stator un élément mené rotatif, le rotor et le stator étant entraînés en rotation autour d'un même axe représenté par l'axe XX'dans la figure 1. Les patins 11 de friction portés par le stator sont soumis de façon permanente à l'action de ressorts 12 de compression pour s'appliquer sur la piste 4 de friction du rotor et entraîner en rotation le stator. Ainsi, la mise en rotation du stator génère une force centrifuge appliquée aux patins 11. Cette force centrifuge s'ajoute à la force des ressorts 12 pour obtenir un entraînement à vitesse égale entre stator et rotor et s'annule sous l'action d'un blocage accidentel du stator pour neutraliser momentanément l'entraînement entre rotor et stator par glissement des patins 11 sur la surface de la piste 4 de friction du rotor. Ainsi, en utilisation normale, les patins 11 sont entraînés vers l'extérieur par la force centrifuge et forment une liaison complète entre stator et rotor. La vitesse de rotation de l'organe de coupe rotatif porté par le stator est celle fournie par le renvoi d'angle équipant la sortie de l'arbre moteur de sortie rotatif du dispositif. Lorsque l'organe de coupe rencontre un obstacle, cet organe de coupe bute donc la vitesse de rotation chute et la force centrifuge tend à se réduire voire à s'annuler. Par conséquent, l'adhérence entre patins du stator et piste de friction du rotor est telle que le couple résistant appliqué à l'organe de coupe devient supérieur au couple nominal préétabli fonction de la dimension et de la masse des patins de telle sorte que l'organe de coupe s'arrête. A titre d'exemple, pour un couple nominal préétabli de 3Nm, la masse de chaque patin sera d'environ 16,59. Dès que l'organe de coupe est dégagé de l'obstacle, les ressorts 12, qui maintiennent une pression constante des patins 11 sur la piste 4 de friction du rotor, permettent de rétablir une adhérence qui tend à augmenter sous l'action de la force centrifuge. Ainsi, il peut être dit que le coupleur permet un débrayage automatique entre organe de coupe et arbre moteur de sortie rotative du dispositif de coupe lorsque le couple résistant, appliqué à l'organe de coupe, devient supérieur au couple nominal préétabli fonction de la dimension et de la masse des patins 11 alors qu'un embrayage s'opère dès que cette condition disparaît. Une telle conception d'un coupleur permet de constater une réduction de l'usure des pièces constitutives du coupleur et de limiter la quantité de chaleur produite. Comme l'illustrent les figures 1 et 5, le stator est constitué d'un axe 6 portant, au voisinage de l'une de ses extrémités, une platine 5 porte-patins 11 et, à l'autre extrémité, une platine 7 porte-organe de coupe. Un palier 9 à billes est inséré entre lesdites platines 5,7. Chaque patin 11 de friction se présente sous forme d'un doigt, monté libre à pivotement sur la platine 5 porte-patins 11 du stator, autour d'un axe 14 parallèle à l'axe de rotation du stator. Chaque doigt présente à son extrémité libre une surface 11A de contact avec la piste 4 de friction du rotor. Chaque doigt est soumis à l'action d'un ressort 12 de compression disposé entre platine 5 porte-patins 11 et la surface 11B du doigt opposée à la surface 11A de contact. Ce montage est plus particulièrement représenté aux figures 2 et 3. Ainsi, sous l'action du ressort 12 de compression, le patin 11 est maintenu en contact de friction permanent avec la piste 4 de friction. La platine 7 porte-organe de coupe, qui est disposée à l'extrémité de l'axe 6 du stator, est munie, sur sa face externe apparente ou visible, à l'état monté du coupleur, d'un épaulement 8 standard pour un raccordement à un organe de coupe. L'organe de coupe est ainsi solidarisé à la platine généralement par vissage, l'axe 6 étant à cet effet pourvu d'un alésage axial. L'axe 6 porte-platines 5,7 du stator est encore muni, de préférence au voisinage de son extrémité portant la platine 5 porte-patins 11, d'un orifice 6A radial traversant. Cet orifice 6A coincide avec un orifice 3A radial ménagé dans la cloche 3 du rotor dans une position angulaire prédéterminée de l'ensemble stator/rotor pour permettre l'introduction d'un axe (non représenté) immobilisant stator et rotor lors du montage de l'organe de coupe sur le coupleur, en particulier sur la platine 7 porte-organe de coupe. En effet, cet axe a pour fonction d'immobiliser momentanément rotor et stator dans une position prédéterminée pour permettre la fixation de l'organe de coupe sur la platine 7. La cloche 3 du rotor est quant à elle prolongée de pattes 3B, comme mentionné ci-dessus, pour solidariser rotor et stator par l'intermédiaire d'un moyeu 2 enfilé sur le palier 9 à bille du stator et immobilisé axialement entre les platines 5,7 du stator. Ce montage est plus particulièrement représenté aux figures 1 et 7. Un élément d'immobilisation, tel qu'un circlips 10 pourra être utilisé pour la fixation dudit palier sur l'axe 6 du stator. Le moyeu 2, qui affecte de préférence la forme d'un flasque étoilé, comme l'illustre la figure 4, est couplé à la cloche 3 du rotor par l'intermédiaire de vis 15 s'étendant radialement entre cloche 3 et moyeu 2. La cloche 3 du rotor comporte encore, à l'opposé des pattes 3A, des perçages 13 radiaux traversants pour la fixation de la cloche à la sortie de l'arbre moteur d'un dispositif de coupe de préférence portable tel qu'une débroussailleuse. L'assemblage des différents éléments d'un coupleur peut s'effectuer tel que suit. L'axe 6 et la platine 7 porteorgane de coupe du coupleur sont constitués d'une seule et même pièce. Sur cet axe 6 est enfilé le palier à bille 9 sur lequel est monté le moyeu 2. L'axe 6 reçoit encore, sous forme d'un empilement supplémentaire, la platine 5 porte-patins 11 également enfilée sur l'axe 6. L'ensemble est alors logé dans la cloche 3 du rotor de manière telle que les patins 11 viennent en contact d'appui sur la piste 4 de friction ménagée à l'intérieur de rotor. Dans le but d'alléger l'ensemble du coupleur, la cloche du rotor peut être usinée en alliage d'aluminium avec un insert en acier pour garder le couple de friction férrodo-acier. Un tel coupleur peut être installé en première monte sur un dispositif de coupe, en particulier un dispositif de coupe portable à coupe rotative tel qu'une débroussailleuse. Ce coupleur peut également constituer une pièce rapportée destinée à être fixée sur l'arbre de sortie moteur rotatif d'un dispositif de coupe portable à coupe rotative, tel qu'une débroussailleuse en vue de recevoir un organe de coupe rigide rotatif quelconque. Pour permettre une évacuation supplémentaire de la chaleur due à la friction, il pourra être ménagé sur la cloche du rotor de petites ailettes aptes à évacuer l'air et à augmenter le refroidissement. REVENDICATIONS 1. Coupleur (1) entre l'arbre moteur de sortie rotatif d'un dispositif de coupe, tel qu'une débroussailleuse et un organe de coupe rotatif, tel qu'une lame, caractérisé en ce que le coupleur (1) est constitué d'une part d'un rotor (2,3) solidarisable à l'arbre moteur et se présentant au moins sous forme d'une cloche (3) dont au moins une partie des parois internes forme une piste (4) de friction, d'autre part d'un stator (5,6, 7) apte à porter l'organe de coupe, ce stator pouvant être entraîné par le rotor par l'intermédiaire de patins (11) de friction portés par ledit stator, ces patins (11) étant soumis de façon permanente à l'action de ressorts (12) de compression pour s'appliquer sur la piste (4) de friction du rotor et entraîner en rotation le stator, la mise en rotation du stator générant une force centrifuge appliquée aux patins (11), cette force centrifuge s'ajoutant à la force des ressorts (12) pour obtenir un entraînement à vitesse égale entre stator et rotor et s'annulant sous l'action d'un blocage accidentel du stator pour neutraliser momentanément l'entraînement entre rotor et stator par glissement des patins (11) sur la surface de la piste (4) de friction du rotor. 2. Coupleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator est constitué d'un axe (6) portant, au voisinage de l'une de ses extrémités, une platine (5) porte-patins (11) et, à l'autre extrémité, une platine (7) porte-organe de coupe, un palier (9) à billes étant inséré entre lesdites platines (5,7). 3. Coupleur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque patin (11) de friction se présente sous forme d'un doigt, monté libre à pivotement sur la platine (5) porte-patins (11) du stator, autour d'un axe (14) parallèle à l'axe de rotation du stator, chaque doigt présentant à son extrémité libre une surface (llA) de contact avec la piste (4) de friction du rotor, chaque doigt étant soumis à l'action d'un ressort (12) de compression disposé entre platine (5) porte-patins (11) et la surface (llB) du doigt opposée à la surface (llA) de contact. 4. Coupleur (1) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la platine (7) porte-organe de coupe est munie sur sa face externe apparente à l'état monté du coupleur d'un épaulement (8) standard pour un raccordement à un organe de coupe. 5. Coupleur (1) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'axe (6) porte-platines (5,7) du stator est muni, de préférence au voisinage de son extrémité portant la platine (5) porte-patins (11), d'un orifice (6A) radial traversant, cet orifice (6A) coïncidant avec un orifice (3A) radial ménagé dans la cloche (3) du rotor dans une position angulaire prédéterminée de l'ensemble stator/rotor pour permettre l'introduction d'un axe immobilisant stator et rotor lors du montage de l'organe de coupe sur le coupleur. 6. Coupleur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cloche (3) du rotor est prolongée de pattes (3B) pour solidariser rotor et stator par l'intermédiaire d'un moyeu (2) enfilé sur le palier (9) à bille du stator et immobilisé axialement entre les platines (5,7) du stator. 7. Coupleur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cloche (3) du rotor comporte à l'opposé des pattes (3A) des perçages (13) radiaux traversants pour la fixation de la cloche à la sortie de l'arbre moteur d'un dispositif de coupe de préférence portable tel qu'une déroussailleuse. 8. Dispositif de coupe, en particulier portable à coupe rotative tel qu'une débroussailleuse, ce dispositif comportant, entre un arbre moteur de sortie rotatif et un organe de coupe rotatif, un coupleur, caractérisé en ce que le coupleur (1) est conforme à l'une des revendications 1 à 7.