Brevet FR2871539A1 — publié le 20051216

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif à roue libre comportant des organes de blocage installés dans la direction périphérique, entre une bague intérieure cylindrique circulaire et une bague ex- térieure concentrique à celle-ci, ces organes de blocage étant logés dans des cavités d'une cage et sollicités par un ressort à ruban muni de languettes élastiques s'appliquant radialement contre la cage, le ressort à ruban étant de forme annulaire et comportant des découpes les unes derrière les autres avec intervalle dans la direction périphérique, en correspondance avec les cavités de la cage, pour former les languettes élastiques. Etat de la technique On connaît un dispositif à roue libre de ce type selon le document DE-1 142 254-B. Le ressort à ruban utilisé dans ce dispositif connu est une tôle découpée, cintrée en anneau et élastique; les languettes élastiques sont reliées à des branches ou traverses par des plis transversaux en forme de U. En plus des plis transversaux de chaque languette élastique, les deux entretoises longitudinales reliées par les entretoises ou branches transversales ont des plis transversaux qui favorisent le comportement élastique de ce ressort à ruban mais du fait des trois plis transversaux au niveau de chaque zone de languette, ce ressort a une forme constructive très compliquée. Le document US-5 335 761 décrit également un dispositif à roue libre qui en plus comporte à l'intérieur de chaque cavité recevant un organe de blocage, une paroi de limitation permettant la venue en appui de l'organe de blocage contre la cage. L'organe de blocage en bas-culant déforme la languette élastique jusqu'à ce qu'elle s'appuie à plat contre la cage; puis l'organe de blocage s'applique en surface contre la languette élastique et s'appuie ainsi contre la cage. Les languettes élastiques des ressorts à ruban des dispositifs à roue libre connus sont réalisées chaque fois en tant que telles avec une forme rectangulaire. Elles doivent être définies exactement en fonction de la forme respective des organes de blocage utilisés afin que ceux-ci soient suffisamment suspendus élastiquement pendant le fonc- tionnement. Les organes de blocage doivent être en liaison de frottement dans un sens de rotation du dispositif à roue libre, avec les chemins de blocage de la bague intérieure et de la bague extérieure. Pour l'autre sens de rotation, dès qu'il y a une force centrifuge correspondante, ils doivent se soulever c'est-à-dire perdre le contact avec la bague inté- rieure. Dans cette conception du ressort à ruban, le nombre d'organes de blocage à installer change avec la largeur de l'entretoise élastique subsistant chaque fois entre deux cavités voisines du ressort à ruban. Plus on utilise d'organes de blocage et plus réduite sera la largeur de l'entretoise. Il faut également modifier la largeur de l'entretoise en fonction des différents diamètres du dispositif à roue libre. Les modes de réalisation connus de dispositifs à roue libre ont ainsi l'inconvénient de nécessiter une définition particulière du ressort à ruban pour chaque garniture d'organes de blocage et pour chaque diamètre en fonction des organes de blocage utilisés pour que ces organes soient suffisamment suspendus élastiquement et que pour une certaine vitesse de rotation, la force centrifuge les dégage de leur contact avec le chemin de blocage intérieur assuré par la bague inférieure. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif à roue libre permettant d'utiliser toujours la même géométrie de ressort pour un nombre différent d'organes de blocage. Cette géométrie doit être définie une seule fois et de manière exacte en fonction des organes de blocage utilisés pour pouvoir s'appliquer à n'importe quel diamètre ou nombre de pièces pour le dispositif de roue libre. Jusqu'à présent la géométrie du ressort ne pouvait être développée expérimentalement que d'une manière très compliquée. Il fallait recommencer sa définition pour chaque variante de nombre d'organes de blocage. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif de roue libre du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'une cavité vide est prévue dans le ressort à ruban entre deux découpes successives dans la direction périphérique. Ainsi on peut avoir même plusieurs cavités vides ou li- bres et chaque fois une cavité libre est associée à une découpe ou poin- çonnage. Entre la partie poinçonnée et la cavité libre, on forme alors une branche élastique qui tient la languette élastique. L'utilisation de cavités libres de différentes tailles réparties symétriquement ou de manière asymétrique sur le ruban à ressort permet pour une garniture différente du dispositif à roue libre en organe de blocage, utiliser toujours la même géométrie de ressort. Les cavités libres peuvent être agrandies ou diminuées dans la direction périphérique suivant le nombre d'organes de blocage à installer dans le dispositif à roue libre. Selon d'autres caractéristiques avantageuses: - la cavité vide est formée par la découpe du ressort à ruban, - le ressort à ruban comporte plusieurs cavités vides, - le ressort à ruban comporte une cavité vide pour chaque découpe et entre la découpe et la cavité vide on a une branche élastique tenant la languette élastique. L'invention offre l'avantage que la géométrie des entretoises ou branches élastiques et des languettes élastiques reste toujours constante même avec une garniture différente en nombre d'organes de blocage si bien que la géométrie du ruban à ressort une fois définie peut être conservée pour les différents modes de réalisation. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un dispositif à roue libre connu et des dispositifs à roue libre selon l'invention. Ainsi la figure 1 est une section partielle d'un dispositif à roue libre con- nu la figure 2 montre une cage du dispositif à roue libre en perspective; la figure 3 montre un ressort à ruban d'un dispositif à roue libre en perspective; la figure 4 est une vue en perspective d'une unité formée de la cage, du ressort à ruban installé dans celle-ci et des organes de blocage installés dans la cage pour le dispositif à roue libre; la figure 5 montre une partie d'un ressort à ruban d'un dispositif à roue libre selon l'invention en vue extérieure montrant une languette élastique prévue au niveau d'une partie découpée; la figure 6 montre une partie du ressort à ruban d'un dispositif à roue libre selon l'invention dans son premier mode de réalisation; la figure 7 montre une partie du ressort à ruban d'un dispositif à roue libre selon l'invention dans son second mode de réalisation; la figure 8 montre une unité formée d'une cage, du ressort à ruban selon la figure 7, installés dans la cage et des organes de blocage installés dans celle-ci pour un dispositif à roue libre selon l'invention représenté en perspective; la figure 9 montre une cage d'un dispositif à roue libre qui toutefois ne comporte pas de cavité vide, cette cage étant représentée en pers- pective; la figure 10 montre une variante par rapport à la figure 9 d'une autre cage d'un dispositif à roue libre vu en perspective; la figure 11 montre une vue de côté d'une unité destinée à un dispo- sitif à roue libre; la figure 12 est une vue de face de l'unité représentée à la figure 11. Description de modes de réalisation Les figures 1 à 4 montrent un dispositif à roue libre con-nu composé d'une bague intérieure 1 cylindrique circulaire, d'une ba- gue extérieure 2 concentrique et entourant à une certaine distance la bague intérieure 1 ainsi qu'une unité constructive écartée des bagues et se composant d'une cage 3, d'un ressort à ruban 4 et de plusieurs organes de blocage 5. Dans la direction périphérique et de façon équidistante, la cage 3 comporte des cavités 6, traversant pour recevoir les organes de blocage 5. Le ressort à ruban 4 est de forme annulaire; il se compose d'un ruban d'acier poinçonné. Suivant les cavités 6 de la cage 3, dans la direction périphérique, la cage comporte des découpes qui se suivent à intervalle. Chaque découpe a une languette élastique 7 déga- gée par le poinçonnage. Le ressort à ruban 4 est dimensionné pour se loger axialement dans la cage 3 et pour s'appliquer contre la surface intérieure de la cage 3. Les languettes élastiques 7 du ressort à ruban 4 pénètrent dans la zone des cavités 6 de la cage 3. Les organes de blocage 5 peuvent être engagés radiale- ment de l'extérieur dans les cavités 6 de la cage 3 et dans les découpes du ressort à ruban 4 pour être ensuite tenus dans la direction périphérique de la cage 3 d'un côté par les languettes élastiques 7 et de l'autre côté par les branches du ressort à ruban 4. A l'intérieur de chaque cavité 6, pour recevoir un organe de blocage 5, il est prévu une cloison 8 en forme de congé permettant à la languette élastique 7 respective de s'appliquer à plat contre la cage 3. Les organes de blocage 5 sont représentés à la figure 1 dans quatre positions différentes, successives de fonctionnement. L'organe de blocage 5 à gauche à l'extérieur occupe sa position donnant l'effet de blocage maximum entre la bague intérieure 1 et la bague extérieure 2; l'organe de blocage 5 à droite à l'extérieur se trouve en position dégagée et la languette élastique 7, voisine du ressort à ruban 4 est appliquée contre la cloison 8. Le ressort à ruban 9 représenté aux figures 5 et 6 d'un dispositif à roue libre selon l'invention se distingue du ressort à ruban 4 de la figure 3 en ce que dans la direction périphérique, chaque découpe est suivie d'une cavité vide 11 et entre la découpe 10 et la cavité vide 11 on a une branche élastique 12 parallèle à l'axe dans le ruban à ressort 9, annulaire. Chaque branche élastique 12 fait corps avec une lan- guette élastique 13. Celle-ci vient en saillie dans la zone de la découpe 10 correspondant et sa longueur 1 dans la direction périphérique pour- suit la largeur de la branche élastique 12. La languette élastique 13 est de forme rectangulaire en vue de face et a une largeur b dans la direction parallèle à l'axe du ressort à ruban 9, de forme annulaire. De façon générale, la longueur 1 de la languette élastique 13 se définit géométriquement à partir du mouvement de l'organe de blocage utilisé, entre son soulèvement et sa position de transmission pour le couple maximal envisagé. La longueur 1 doit être aussi courte que possible pour que le dispositif à roue libre puisse être garni d'un nombre maximum d'organes de blocage. La largeur b de la languette élastique 13 peut être variée de manière quelconque dans le cadre de la largeur de la découpe 10. La largeur t de la branche élastique 12 doit être aussi réduite que possible pour permettre ainsi d'installer le nombre maximum d'organes de blocage dans le dispositif à roue libre. Pour une garniture différente du dispositif à roue libre avec des organes de blocage, on peut conserver sans difficulté la longueur 1 et la largeur b des languettes élastiques 13. La largeur t de la branche doit toutefois être modifiée en fonction du nombre d'organes de blocage ou du diamètre du dispositif à roue libre. Pour obtenir néanmoins une géométrie optimisée du ressort à ruban 9, définit par la longueur 1 de la languette élastique 13, par la largeur b de cette languette 13 et de la largeur t de la branche élastique 12, il y a des cavités vides ou libres 11 selon l'invention sur le ru-ban élastique 9. Cela permet aux organes de blocage de conserver la même forme géométrique pour un nombre de pièces quelconques et les mêmes dimensions de ressort pour des diamètres de dispositif à roue libre différents. Les cavités vides 11 du ressort à ruban 9 peuvent également être réparties de manière asymétrique ou avoir des tailles différentes. La cage utilisée pour le dispositif à roue libre peut être définie en fonction des cavités vides 11. On peut également prévoir uniquement des cavités pour recevoir des organes de blocage dans les zones des dé-coupes 10 et des languettes élastiques 13 du ressort à ruban 9. Le ressort à ruban 14 de la figure 7 est en principe réalisé comme le ressort à ruban 9 mais les cavités libres 15 ont toutefois une dimension plus faible dans la direction périphérique. L'unité représentée à la figure 8 pour un dispositif à roue libre comporte une cage 16 avec des organes de blocage 17. L'unité représentée aux figures 9, 11, 12 d'un dispositif à roue libre se compose uniquement de trois pièces différentes avec une géométrie symétrique. Même sans double cage, on réalise la synchronisation du mouvement des organes de blocage 17. On peut réaliser une occupation dense d'organes de serrage 17 à la périphérie car les languettes élastiques s'engagent dans les gorges des organes de blocage. Toutes les masses sont réparties concentriquement à un chemin de blo- cage extérieur car la cage 18 ou 19 est guidée dans celui-ci; le ruban à ressort est guidé dans la cage et les organes de blocage 17 sont eux- mêmes guidés dans le ruban à ressort. On a ainsi une suspension régulière des organes de blocage 17. L'un des avantages économiques essentiels réside dans la possibilité d'insérer tous les organes de blocage 17 simultanément et en moins d'une seconde, de manière automatique, radialement de l'extérieur à l'aide d'une tête guide de remplissage totale dans la cage 18, 19 munie du ruban à ressort. La possibilité de classe-ment mécanique de la géométrie des organes de blocage est définie. Cette géométrique des organes de blocage est idéale du point de vue fonctionnel car sans modification et sans usinage on peut l'introduire dans le concept du dispositif à roue libre. Le concept global de dispositif à roue libre selon l'invention permet de donner aux organes de blocage une géométrique totalement libre et ainsi d'autoriser une optimisation fonctionnelle. Pour positionner de manière univoque le ressort et ainsi les organes de blocage dans la cage, en fonction du travail de montage entre les chemins de serrage, il suffit simplement de donner une gorge exactement définie aux organes de blocage. Comme matière pour la cage on peut utiliser une matière plastique renforcée de fibres (PA46GF, PA66GF ou PPS) matière qui est déjà utilisée pour les paliers à roulement dans le secteur automobile. Cette solution a l'avantage d'un coût de matière réduit et d'une fabrication avantageuse et économique en grande série à l'aide d'un outil d'injection. Les coûts très élevés d'un tel outil sont amortis dans la construction automobile habituellement par le grand nombre de pièces fabriquées et le temps d'utilisation. La matière plastique est en outre intéressante à cause de sa faible masse et de l'inertie faible qui en résulte. La composante de fibres de verre augmente la solidité et la résistance à l'usure. Les matières plastiques actuelles ont une résistance en température allant jusqu'à 200 C (PPS) et une très bonne compatibilité chimique vis à vis des huiles automobiles habituelles. Le faible coefficient de frottement par rapport à l'acier se traduit par un comportement intéressant au frottement et à l'usure pour les organes de blocage, les ressorts et les chemins de blocage. La cage en tant que telle comporte des cavités avec une forme radiale en T, réparties régulièrement à la périphérie. La zone partielle correspondant à la grande cavité rectangulaire sert à recevoir l'organe de blocage et d'assurer sa répartition symétrique dans la direction périphérique. Chaque organe de blocage est guidé axialement et de manière parallèle à l'axe. Il est réalisé pour qu'il soit toujours libre en mouvement. La zone partielle de la petite cavité ou découpe rectangulaire permet un mouvement sans interaction et sans collision des languettes élastiques rigides. Les rampes de butée du diamètre intérieur de la cage forment pour chacun des différents organes de serrage et sous l'effet de la force centrifuge, une butée de fin de course par la forme lorsque les organes de blocage ont perdu le contact avec le chemin de blocage intérieur. Ainsi on limite la course de soulèvement des organes de blocage pour que ceux-ci puissent venir aussi rapidement que possible en con-tact de friction avec le chemin de blocage intérieur lorsque la force centrifuge diminue du fait de la force de ressort antagoniste. La course de ressort et ainsi les tensions engendrées dans le ressort sont toutefois limitées par la butée de fin de course. Le guidage radial du ruban à ressort légèrement précon- traint vers l'extérieur se fait au niveau du plus petit diamètre intérieur de la cage. En même temps on évite ainsi l'allongement du ruban à ressort, ouvert sous l'effet de la force centrifuge. Les extrémités en butée du ruban à ressort ne sont plus reliées l'une à l'autre. Un bord de cage évite que le ruban à ressort ne déborde de la cage. Il évite également le contact axial des organes de blocage et du disque de glissement engagé sur la cage si un tel disque est nécessaire. L'ensemble de la cage est guidé à l'extérieur c'est-à-dire que le jeu entre le diamètre extérieur de la cage et le chemin de blocage extérieur est aussi réduit que possible en tenant compte des dilatations variables liées à la température. Cela permet de transmettre la composante radiale de la force centrifuge agissant sur les organes de blocage par la cage, dans le cas idéal directement vers le chemin de blocage extérieur. On décharge ainsi la cage. Le frottement ainsi augmenté par la force centrifuge entre la cage et le chemin de blocage extérieur favorise l'entraînement des organes de blocage et de la cage qui tourneront alors à la même vitesse que le chemin de blocage extérieur. Suivant qu'il est nécessaire d'avoir un ou deux disques de glissement, on peut réaliser des rainures périphériques d'un côté ou des deux cotés sur la cage dans la direction périphérique. Ces rainures permettent alors de recevoir les disques de glissement, sans rotation et en même temps de recevoir des disques de glissement enclipsés axiale-ment qui garantissent le transport. L'enclipsage se fait par des nervures partielles des disques de glissement. Le guidage extérieur de la cage se fait alors par des bossages radiaux au niveau du diamètre extérieur de la cage dans la zone des branches de la cage au-dessus des rampes d'appui. Cette configuration de la cage aboutit à une géométrie symétrique. La direction de blocage du dispositif à roue libre peut être indiquée par une inscription sur les disques de glissement ou par une référence portée par la cage. Le ressort est formé d'un ruban d'acier en une seule pièce assurant la suspension individuelle de chaque organe de blocage. La géométrie est simple, mono dimensionnelle et linéaire sans aucun type de cintrage. Le seul tassement possible est l'extension du ruban élastique ce qui est évité par le guidage au niveau du diamètre intérieur de la cage. Le ruban peut être fabriqué comme simple pièce poinçonnée ou découpée au laser. L'ensemble du ruban à ressort peut être poli de manière uniforme y compris avec les languettes élastiques. Cela donne globale-ment des caractéristiques de ressort régulières pour le premier et le dernier organe de blocage ainsi que pour tous les organes de blocage intermédiaires. Le ruban à ressort est placé avec une légère précontrainte radiale dans la cage et il est positionné concentriquement par celle-ci. La distance libre entre les languettes élastiques et la branche élastique recevant les organes de blocage d'une manière sûre en mouvement et avec tenue parallèle à l'axe, doit correspondre au moins au point le plus étroit de l'organe de blocage (sa partie rétrécie ou taille). Ce n'est qu'ainsi que les organes de blocage pourront se déplacer librement et sans perturbation dans chaque cavité du ressort en particulier lorsque la languette du ressort en acier passe par sa position zéro, c'est-à-dire lorsque la direction de la force élastique commute de la direction radiale tournée vers l'extérieur en une direction radiale tour- née vers l'intérieur ou inversement. La distance libre des languettes élastiques, évoquée ci-dessus se situe pour le transport du dispositif à roue libre exactement dans la gorge ou la partie rétrécie des organes de blocage et le diamètre intérieur de la cage doit être choisi en fonction de cela. La suspension élastique ne devient active qu'après montage dans les pièces de raccordement. Le type de suspension soutient au début de la prise de couple, la liaison par frottement des organes de blocage et des chemins de blocage et en même temps le mouvement de roulement des organes de blocage induit par le couple. Pendant que le couple s'établit, la force de suspension change de direction lors du passage par la position zéro. Puis cette force favorise le décrochage des organes de blocage lorsque le couple diminue de nouveau. Ainsi ce mode de réalisation de la suspension ou de l'élasticité s'oppose à l'inertie des organes de blocage lors de fréquences de sollicitations élevées. Pour les applications dynamiques, on a toujours une cage pour soutenir les organes de blocage sollicités par la force centrifuge et aussi du ruban à ressort, ouvert. Sous l'effet de sollicitations statiques sans rotation, on pourrait envisager un ruban à ressort sans cage. Pour cela les extrémités bout à bout du ruban à ressort, cintrées, peuvent par exemple être reliées par une soudure au laser. Le positionnement concentrique du ruban à ressort ainsi refermé se fait alors par la gorge ou la taille réalisée dans les organes de blocage. Le ruban à ressort en une seule pièce, continu et en particulier sa dureté relativement élevée dans la direction périphérique permet de synchroniser le mouvement des organes de blocage. La synchronisation s'obtient dans une direction périphérique par le contact avec la languette élastique et dans l'autre direction périphérique il résulte du contact avec la branche élastique. Du fait de la précontrainte de ressort la synchronisation est indépendante des tolérances et sans jeu. Pour la même raison, le patinage d'un seul organe de blocage n'a pas d'effet automatique sur les autres organes de blocage comme cela est le cas pour les réalisations travaillant selon le principe de la double cage. La languette élastique sollicitée en flexion est rigide par rapport à la languette élastique sollicitée en torsion de sorte que l'effet de ressort résulte uniquement de la torsion de la branche élastique. Les languettes élastiques et les bords du ressort ne subissent aucune dé-formation élastique lors des mouvements de suspension. C'est pourquoi il faut que la cage soit dégagée au niveau des branches élastiques. Comme pour la géométrie de la cage, celle des ressorts peut être symétrique. io NOMENCLATURE 1. Bague intérieure 2. Bague extérieure 3. Cage 4. Ressort à ruban 5. Organe de blocage 6. Cavité 7. Languette élastique 8. Paroi limite 9. Ressort à ruban 10. Découpe 11. Cavité vide 12. Branche ou branche élastique 13. Languette élastique 14. Ressort à ruban 15. Cavité vide 16. Cage 17. Organe de blocage 18, 19. Cage b Largeur de la languette élastique 1 Longueur de la languette élastique t largeur de la branche élastique REVENDICATIONS 1 ) Dispositif à roue libre comportant des organes de blocage (17) installés dans la direction périphérique, entre une bague intérieure (1) cylindrique circulaire et une bague extérieure (2) concentrique à celleci, ces organes de blocage étant logés dans des cavités d'une cage (16) et sollicités par un ressort à ruban (9, 14) muni de languettes élastiques (13) s'appliquant radialement contre la cage (16), le ressort à ruban (9, 14) étant de forme annulaire et comportant des découpes (10) les unes derrière les autres avec intervalle dans la direction périphérique, en correspondance avec les cavités de la cage (16), pour former les languettes élastiques (13), caractérisé en ce qu' une cavité vide (11, 15) est prévue dans le ressort à ruban (9, 14) entre deux découpes (10) successives dans la direction périphérique. 2 ) Dispositif à roue libre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité vide (11, 15) est formée par la découpe du ressort à ruban (9, 14). 3 ) Dispositif à roue libre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort à ruban (9, 14) comporte plusieurs cavités vides (11, 15). 4 ) Dispositif à roue libre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort à ruban (9, 14) comporte une cavité vide (11, 15) pour chaque découpe (10) et entre la découpe (10) et la cavité vide (11, 15) on a une branche élastique (12) tenant la languette élastique (13).