Brevet FR2891907A1 — publié le 20070413

ROULEAU DE FREINOMETRE La présente invention concerne un rouleau de freinomètre. Le domaine technique de l'invention est celui de la conception d'outillages et d'appareils de contrôle technique et d'entretien de véhicules 5 automobiles, tels que des véhicules légers et des poids lourds. Aujourd'hui, dans la majorité des pays industrialisés, tous les véhicules doivent subir, à des échéances régulières, un contrôle technique pour vérifier qu'ils respectent bien toutes les normes de fiabilité, de sécurité et de respect de l'environnement édictées par ces états pour 10 évaluer la capacité d'un véhicule à rester en circulation. Un des points vérifiés lors de ce contrôle technique, est la capacité de freinage du véhicule, évaluée roue par roue et/ou pour l'ensemble du véhicule. Cette mesure de la capacité de freinage des véhicules est traditionnellement effectuée sur un banc de freinage, également appelé 15 freinomètre, qui comporte deux couples de rouleaux montés en parallèle dans une fosse pratiquée dans le sol, de telle sorte que leurs surfaces externes (ou bandes de roulement) soient sensiblement affleurantes au niveau du sol. Ces rouleaux sont montés sur des paliers à chacune de leurs 20 extrémités et sont entraînés de façon temporaire en rotation à une vitesse déterminée par des moyens mécaniques d'entraînement motorisés tels qu'un motoréducteur, tournant à vitesse constante durant toute la phase de freinage pour entraîner en rotation les deux roues d'un essieu d'un véhicule positionnées en appui sur les quatre rouleaux. 25 Le freinomètre est en outre doté de deux capteurs mesurant les forces verticales des roues du véhicule et de deux capteurs mesurant l'effort tangentiel généré par le freinage des roues. Hors sol se trouve une armoire de commande comportant toute la partie électronique et informatique de traitement des données ainsi qu'un écran de contrôle destiné à assurer l'interface entre la machine et un utilisateur. A ce jour, les rouleaux de freinomètre peuvent présenter divers types de revêtement antidérapant : - à base de galets concassés avec matrice résine appliqué directement sur la surface métallique porteuse du rouleau à base de silice (sable) de granulométrie variable appliquée directement sur la surface métallique porteuse du rouleau ou appliquée entre les maille d'un grillage en métal déployé soudé sur la surface porteuse 10 du rouleau - sans matière ajoutée, des rugosités étant formées par apport de métal soudé sur la surface métallique du rouleau qui assure l'entraînement mécanique de la roue. Au cours du temps, les rouleaux de freinomètre subissent une usure 15 de leur bande de roulement due au frottement entre la gomme des pneus et ladite bande de roulement des rouleaux lors des essais de freinage. Lorsque cette usure devient trop importante, les rouleaux ne présentent plus l'adhérence suffisante pour permettre une mesure des capacités de freinage des véhicules dans le respect des normes en vigueur. Lorsqu'une telle usure 20 des rouleaux est atteinte, les responsables des centres de contrôle technique ou des garages munis de freinomètres, n'ont d'autre alternative que de remplacer les rouleaux usagés par de nouveaux rouleaux. Ces opérations de remplacement des rouleaux sont particulièrement contraignantes pour les opérateurs. En effet, les rouleaux existants ont une 25 masse d'au moins 25 kg, ce qui rend particulièrement difficile le démontage des rouleaux usagés et le montage des nouveaux rouleaux sur le freinomètre, en particulier lorsqu'il convient de remplacer plusieurs rouleaux à la fois où les opérateurs doivent alors manipuler jusqu'à plusieurs centaines de kilogrammes, souvent dans des positions très inconfortables. Il en résulte des risques de blessures et à tout le moins de fatigue des opérateurs. En raison de ces difficultés de remplacement des rouleaux, les utilisateurs ont tendance à utiliser ceux-ci jusqu'à un niveau d'usure très avancé, au détriment de la qualité des contrôles effectués; de plus, avec les rouleaux existants, il est particulièrement délicat d'évaluer le niveau d'usure de la bande de roulement des rouleaux tant que celle-ci n'est pas complètement érodée, laissant apparaître un sillon annulaire sur la périphérie des rouleaux, creusé par l'usure du revêtement abrasif desdits rouleaux et laissant parfois apparaître la paroi métallique porteuse de l'âme cylindrique dudit rouleau. Si, pour des niveaux d'usure modérés, il est parfois possible de rénover le revêtement abrasif de la bande de roulement des rouleaux, lorsque l'épaisseur de revêtement usée est trop importante, voire que la paroi porteuse est elle-même attaquée, il n'existe alors pas d'autre solution que de remplacer intégralement les rouleaux, le plus souvent en remplaçant également les axes et paliers qui permettent leur fixation dans la fosse du freinomètre, avec tous les inconvénients de manutention évoqués précédemment. Un but de l'invention est de fournir un rouleau de freinomètre d'un genre nouveau qui soit beaucoup plus facile à manipuler que les rouleaux existants, tout en présentant des caractéristiques mécaniques de résistance appropriées à son utilisation pour le contrôle de véhicules légers ou de poids lourds. Un autre but de l'invention est de fournir un rouleau de freinomètre dont on puisse évaluer rapidement et sans outillage additionnel le niveau d'usure de la bande de roulement. Un autre but de l'invention est de fournir un rouleau de freinomètre dont la bande de roulement puisse être rénovée sans avoir à remplacer le rouleau lui-même, afin de diminuer les opérations de manutention et de remplacement des rouleaux ainsi que les coûts et les durées de maintenance des bancs de freinage. Ces buts sont atteints selon l'invention grâce à un rouleau de freinomètre comportant une âme cylindrique rigide dont la surface externe, dite paroi porteuse, est recouverte d'un revêtement abrasif formant une bande de roulement, et dans lequel ladite paroi porteuse est formée d'un matériau composite stratifié. Un tel rouleau dont la paroi porteuse est en matériau composite, présente l'avantage d'être beaucoup plus léger, sa masse étant en pratique de l'ordre de 5 à 10 kg, que les rouleaux de freinomètre en acier existants à l'heure actuelle. Dans le même temps, cette légèreté ne grève pas les caractéristiques mécaniques de résistance du rouleau, lesquelles sont équivalentes, voire supérieures aux rouleaux en acier, et facilite ainsi les manipulations lors des opérations de remplacement des rouleaux. Selon des variantes préférées de réalisation du rouleau de l'invention: la paroi porteuse du rouleau comporte au moins des fibres minérales et des fibres organiques et/ou métalliques, nappées et liées entre elles par une par une matrice de résine polymère thermodurcissable, de préférence une résine époxyde; - ladite âme cylindrique rigide comporte un noyau cylindrique sur lequel est formée ladite paroi porteuse en matériau composite, ledit noyau étant lui-même constitué d'un matériau polymère thermodurcissable, de préférence expansé; la paroi porteuse en matériau composite est formée autour dudit noyau par infusion de ladite résine dans lesdites fibres. Conformément à une autre caractéristique du rouleau de l'invention, la bande de roulement est constitué d'une résine polymère thermodurcissable et de grains de matière abrasive de granulométrie variable. Cette bande de roulement comporte avantageusement une pluralité de couches de couleurs différentes, formées et liées les unes aux autres sur la paroi porteuse du rouleau pour permettre, lors de l'usure du revêtement abrasif de la bande de roulement, d'évaluer visuellement le niveau d'usure du rouleau par les opérateurs du freinomètre, en distinguant un changement de couleur de la bande de roulement, au fur et à mesure de l'usure des différentes couches du revêtement abrasif. Il est ainsi possible de détecter très facilement visuellement les différents niveaux d'usure de la bande de roulement des rouleaux du freinomètre afin, par exemple, de détecter quand le rouleau a atteint un niveau d'usure tel qu'il ne respecte plus les normes en vigueur quant à ses dimensions et à son adhérence, et ainsi prévoir une rénovation de sa bande de roulement ou encore pour détecter, lorsqu'un rouleau n'a pas été rénové, une usure extrême du rouleau, voire de sa paroi porteuse, indiquant à l'opérateur qu'il faut remplacer rapidement le rouleau sous peine de rupture de celui-ci. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, ledit revêtement abrasif de la bande de roulement du rouleau est amovible de la paroi porteuse de celui-ci, ce qui permet avantageusement de ne remplacer, lorsqu'elle est usée, que la bande de roulement du rouleau, sans avoir à démonter intégralement celui-ci, ce qui évite de démonter le rouleau dans son intégralité et donc évite de stopper de manière prolongée le freinomètre et ainsi réduit les durées et les coûts de maintenance. Afin de faciliter ces opérations de remplacement du revêtement abrasif (bande de roulement) des rouleaux, celui-ci comporte avantageusement selon l'invention une couche de tissu d'arrachage disposée entre la paroi porteuse et la bande de roulement. Ce tissu d'arrachage présente une faible résistance au pelage qui permet, en pratiquant une simple incision sur la longueur du rouleau dans le revêtement abrasif, d'arracher celui-ci de la paroi porteuse. Un tel tissu d'arrachage peut de plus être mis en place sur la paroi porteuse lors de l'infusion de celle-ci et permet, alors, d'uniformiser les flux de résine sur toute la surface de cette paroi porteuse lors de l'infusion, ce qui garantie et améliore la liaison des fibres du matériau composite constituant ladite paroi porteuse et ainsi, de bonnes caractéristiques mécaniques. Dans un autre mode de réalisation avantageux, le rouleau comporte un moyen électronique de mesure du niveau d'usure de la bande de roulement apte à être relié à un dispositif de mesure électronique, le cas échéant à un dispositif électronique de commande du freinomètre, ledit moyen de mesure étant disposé dans l'épaisseur de ladite bande de roulement selon un axe transversal à l'axe longitudinal du rouleau. De façon avantageuse, ce moyen de mesure est un composant électrique passif comportant une pluralité de segments conducteurs ou pistes conductrices de résistances propres et aptes à être sectionnés ou fondus au fur et à mesure de l'usure de la bande de roulement de manière à faire varier la résistance totale dudit composant électrique de manière proportionnelle à l'usure de ladite bande de roulement. Il est ainsi possible grâce un tel moyen de mesure de déterminer, par mesure de la variation de résistance du composant électrique, le degré d'usure de la bande de roulement et sa durée de vie restante. Grâce à ce composant électrique intégré au matériau de la bande de roulement, on peut ainsi mettre en oeuvre un procédé de mesure et de contrôle et de mesure électronique du degré d'usure de la bande de roulement du rouleau pendant la mise en fonction du freinomètre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre, en référence aux figures annexées parmi lesquelles: - les figures 1 à 3 représentent chacune une vue en coupe longitudinale d'un rouleau de freinomètre selon l'invention clans un premier mode de réalisation, à des niveaux d'usure de la bande de roulement graduellement plus importants; - la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un rouleau de freinomètre selon l'invention dans un second mode de réalisation, muni d'un moyen de mesure électronique de l'usure de la bande de roulement du rouleau. En référence aux figures 1 à 3, le rouleau de freinomètre 1 de l'invention comporte un corps 2 cylindrique constituant un noyau central autour duquel est formée une paroi porteuse 3 constituée d'un matériau composite stratifié. La surface externe de la paroi porteuse 3 est recouverte d'une bande de roulement 4 antidérapante composée d'une pluralité de couches 4a, 4b, 4c de couleurs différentes et distinctes les unes des autres. Une première couche externe 4a constitue la bande de roulement du rouleau 1 à l'état "neuf" lorsque son usure est minimale (figure 1). Une seconde couche 4b, située sous la couche 4a, constitue une première couche d'alerte signifiant par sa couleur, lorsqu'elle devient apparente sous la couche 4a (figure 2), l'atteinte d'un premier niveau d'usure de la bande de roulement 4 du rouleau 1. Enfin une troisième couche 4c, située sous la couche 4b, constitue une seconde couche d'alerte signifiant par sa couleur, lorsque celle-ci devient apparente sous la couche 4b (figure 3), l'atteinte d'un niveau d'usure critique de la bande de roulement 4 du rouleau 1, au-delà duquel le rouleau ne respecte plus les prescriptions légales de diamètre et de coefficient de frottement au niveau de la bande de roulement et où il devient impératif de remplacer ledit rouleau ou sa bande de roulement 4. A chaque extrémité, le rouleau 1 comporte des flasques 5, de préférence en acier, supportant des axes 6 de rotation du rouleau 1, également de préférence en acier, qui permettent le montage et la rotation du rouleau sur des paliers prévus à cet effet dans la fosse du freinomètre. Avantageusement, les axes 6 sont amovibles des flasques 5 du rouleau 1, ce qui permet de les installer sur un nouveau rouleau lors de chaque changement de rouleau sans avoir à modifier les paliers de support sur lesquels ils sont montés La paroi porteuse 3 du rouleau 1 est formée d'un matériau composite, ce qui confère au rouleau 1 une très grande légèreté par rapport aux rouleaux de freinomètre existants, qui sont pour la plupart en acier. Cette paroi porteuse 3 est constituée d'une structure stratifiée en sandwich comportant des renforts de fibres de carbone et de fibres de verre entrelacés et enroulés autour du noyau central 2 et imprégnés d'une résine époxyde constituant la matrice de liaison desdits renforts de fibres. Avantageusement, la paroi porteuse est produite directement sur le noyau 2 par un procédé d'infusion sous vide de résine dans lequel le noyau 2 joue alors le rôle de moule rigide de la paroi porteuse 3, un film de mise sous vide traditionnel jouant le rôle de contre-moule, la résine diffusant uniformément au travers des renforts sous l'effet du vide pour lier les fibres et former la paroi porteuse 3. Le noyau central 2 peut être choisi comme un mandrin métallique ou encore, préférentiellement un cylindre d'un matériau polymère thermodurcissable tel que du polyuréthane (PU) ou polystyrène, le cas échéant expansé. On réduit ainsi encore la masse du rouleau 1, sans perdre en rigidité. Les rouleaux de freinomètre ainsi obtenus présentent une masse comprise entre 5 kg et 10kg au plus en fonction de la taille des rouleaux, soit une diminution de masse d'au moins 50% par rapport aux rouleaux existants. Conformément à une autre caractéristique préférée de l'invention non représentée sur les figures, le rouleau comporte une couche de tissu d'arrachage disposée entre la paroi porteuse 3 et la couche inférieure 4c de la bande de roulement 4. Ce tissu d'arrachage présente plusieurs avantages dans la réalisation du rouleau de freinomètre de l'invention. En premier lieu, le tissu d'arrachage permet d'uniformiser, lors de 30 l'infusion, la diffusion de la résine au travers des renforts de fibres de verre et de fibres de carbone de la paroi porteuse 3 ce qui tend à améliorer l'homogénéité de la structure de la paroi porteuse 3, et partant, les caractéristiques mécaniques du rouleau 1, notamment sa résistance aux efforts de flexion et de cisaillement lorsque le rouleau est mû en rotation et qu' un véhicule est en appui sur celui-ci. De plus, le tissu d'arrachage présente également une faible résistance au pelage, c'est-à-dire une relativement faible résistance à l'arrachage sous un effort de traction dirigé normalement à la paroi porteuse 3. Cette propriété est particulièrement avantageuse dans le cadre de la présente invention car elle permet de rendre la bande de roulement 4 amovible de la paroi porteuse 3, ce qui confère au rouleau 1 une capacité de rénovation de sa bande de roulement 4. La bande de roulement 4 est composée d'un matériau polymère adhérent et thermodurcissable à base de résine mélangé à des grains de matière abrasive de granulométrie variable, telle que du sable, du verre ou de la roche concassés, ou encore un mélange de ces différents éléments. Elle est formée par applications successives de trois couches 4c, 4b, 4a dudit matériau polymère sous forme visqueuse et comportant un additif colorant différent autour de la paroi porteuse 3 du rouleau. La première couche 4c est directement déposée sur la couche de tissu d'arrachage, puis une fois cette première couche solidifiée on dépose la seconde couche 4b, puis enfin la couche externe 4a. Par la suite, au fur et à mesure de l'utilisation du rouleau 1 sur un freinomètre, les couches 4a, 4b et 4c subissent une usure progressive, telle que représentée aux figures 2 et 3. Lorsque la couche externe 4a est entièrement usée (figure 2), celle-ci laisse apparaître la couche inférieure 4b, signifiant à l'utilisateur du freinomètre l'état d'usure avancée de la bande de roulement 4, et la nécessité de son remplacement prochain. Si l'utilisateur ne procède pas tout de suite au remplacement de la bande de roulement 4, l'usure de celle-ci se poursuit jusqu'à ce qu'apparaisse la dernière couche 4c (figure 3). Le remplacement de la bande de roulement 4 est alors obligatoire, sous peine d'endommagement irréversible du rouleau 1. Pour le fabricant du rouleau, la dernière couche 4c de la bande de roulement peut ainsi servir à signifier à l'utilisateur qu'il a atteint un seuil d'usure du rouleau tel que celuici est désormais hors des conditions de garantie de celui-ci, aussi bien en termes de justesse des mesures effectuée avec le freinomètre qu'en terme de résistance du roulement. Le remplacement de la bande de roulement 4 du rouleau 3 s'effectue de façon très simple grâce aux propriétés du tissu d'arrachage placé entre ladite bande de roulement et la paroi porteuse. Pour ce faire on pratique une incision dans la bande de roulement à l'aide de tout outil approprié, dans l'axe longitudinal XX' du rouleau. Une fois l'incision pratiquée, il suffit de soulever un coin de la bande de roulement 4 jouxtant l'incision puis de tirer sur celle-ci pour décoller l'ensemble de la bande de roulement du rouleau, ce décollement étant permis par le tissu d'arrachage recouvrant la paroi porteuse 3.11 suffit ensuite d'appliquer une nouvelle bande de roulement 4 autour de la paroi porteuse 3 pour rénover le rouleau, ce sans avoir à démonter le rouleau de la fosse du freinomètre, les flasques 5 aux extrémités du rouleau permettant d'ajuster l'épaisseur de polymère abrasif déposé autour de la paroi porteuse 3 à l'aide d'un niveau par exemple ou de tout autre élément permettant d'égaliser la surface de la couche de polymère 4a. Dans les cas où le rouleau ne comporte pas de tissu d'arrachage, il est également possible de rénover la bande de roulement 4 par application de polymère abrasif directement sur la bande de roulement usagée pour combler la (les) rainure(s) creusée(s) dans la bande de roulement suite à l'usure de celle-ci par le frottement des pneus des véhicules lors des essais de freinage. On peut ainsi prolonger la durée de vie des rouleaux de freinomètre 30 à des coûts limités, tout en supprimant pour les opérateurs chargés du remplacement des rouleaux les inconvénients liés à la manipulation et l'installation des rouleaux actuels. On fait de la sorte des économies d'entretien des freinomètres tout en préservant les opérateurs. Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention représenté à la figure 4, on dispose dans l'épaisseur de la bande de roulement 4 du rouleau 1 à l'état neuf un composant électrique passif 7 de résistance totale déterminée qui permet de renseigner à tout moment le degré d'usure de ladite bande et, par conséquent, le temps de vie restant de celle-ci. Ce composant électrique 7 est de préférence intégré dans la bande de roulement 4 selon un axe transversal à l'axe longitudinal XX' du rouleau et peut intervenir en sus des couches de couleurs de la bande de roulement Ce composant 7 est constitué par exemple par une carte électronique comportant une dizaine de segments conducteurs ou pistes conductrices et qui est placée verticalement dans l'épaisseur de la bande de roulement 4. Les bornes de ladite carte électronique 7 sont reliées par des fils connecteurs 9 à un dispositif électronique de mesure 8 qui peut être, en pratique, le pupitre de commande du freinomètre. Lors de l'utilisation, la bande de roulement 4 du rouleau est érodée par le frottement des pneus des véhicules. Au fur et à mesure de cette érosion, lesdits segments ou pistes de la carte électronique 7 sont sectionnés ou fondus un à un de sorte que la résistance totale du composant diminue. Ainsi, la simple mesure des variations de la résistance totale de la carte permet de déterminer le nombre de segments ou pistes détruits et renseigne sur le nombre de segments ou pistes encore en service et donc sur l'épaisseur de la bande de roulement. Il est ensuite possible de déterminer le temps de vie restant de la bande de roulement par une simple extrapolation connaissant la durée d'utilisation du rouleau au moment de la mesure. REVENDICATIONS 1. Rouleau (1) de freinomètre, notamment pour mesurer la capacité de freinage de véhicules légers et poids lourds, comportant une âme cylindrique rigide (2) dont la surface externe, dite paroi porteuse (3), est recouverte d'un revêtement abrasif formant une bande de roulement (4), et dans lequel ladite paroi porteuse (3) est formée d'un matériau composite stratifié. 2. Rouleau selon la revendication 1, dans lequel la paroi porteuse (3) du rouleau comporte au moins des fibres minérales et des fibres organiques et/ou métalliques, nappées et liées entre elles par une matrice de résine polymère thermodurcissable, de préférence une résine époxyde. 3. Rouleau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite âme cylindrique rigide comporte un noyau cylindrique (2) sur lequel est formée ladite paroi porteuse en matériau composite, ledit noyau étant lui-même constitué d'un matériau polymère thermodurcissable, de préférence expansé. 4. Rouleau selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la paroi porteuse (3) de matériau composite est formée par infusion autour dudit noyau (2). 5. Rouleau selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite bande de roulement (4) est constituée d'une résine polymère thermodurcissable et de grains de matière abrasive de granulométrie variable. 6. Rouleau selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite bande de roulement (4) comporte une pluralité de couches (4a, 4b, 4c) de couleurs différentes, formées et liées les unes aux autres sur la paroi porteuse (3) du rouleau pour permettre une évaluation visuelle du niveau d'usure du rouleau au cours du temps par un utilisateur. 7. Rouleau selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ladite bande de roulement (4) est amovible de la paroi porteuse (3) du rouleau. 8. Rouleau selon la revendication 7, dans lequel une couche de tissu d'arrachage est disposée entre la paroi porteuse et la bande de roulement (4). 9. Rouleau selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel un moyen électronique (7) de mesure du niveau d'usure de la bande de roulement (4) apte à être relié à un dispositif de mesure électronique (8), le cas échéant à un dispositif électronique de commande du freinomètre, est disposé dans l'épaisseur de ladite bande de roulement selon un axe transversal à l'axe longitudinal XX' du rouleau. 10. Rouleau selon la revendication 9, dans lequel ledit moyen de mesure (7) est un composant électrique passif comportant une pluralité de segments conducteurs ou pistes conductrices de résistances propres et aptes à être sectionnés ou fondus au fur et à mesure de l'usure de la bande de roulement (4) de manière à faire varier la résistance totale dudit composant électrique de manière proportionnelle à l'usure de ladite bande de roulement. 11. Rouleau selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel chaque extrémité comporte des flasques (5), de préférence métalliques, supportant des axes de rotation (6) du rouleau sur le freinomètre. 12. Rouleau selon la revendication 11, dans lequel lesdits axes de rotation (6) sont amovibles desdits flasques (5) du rouleau. 13. Procédé de mesure du degré d'usure de la bande de roulement (4) d'un rouleau de freinomètre(1), dans lequel: - on dispose un composant électrique passif (7) de résistance totale déterminée dans l'épaisseur de ladite bande de roulement (4) à l'état neuf, de préférence selon un axe transversal à l'axe longitudinal XX' du rouleau, ledit composant comportant une pluralité de segmentsconducteurs ou pistes conductrices de résistances propres aptes à être sectionnés ou fondus au fur et à mesure de l'usure de la bande de roulement de sorte que la résistance totale du composant diminue, et - on mesure les variations de résistance aux bornes dudit composant électrique au cours du temps à l'aide d'un dispositif de mesure électronique (8) relié aux bornes dudit composant (7) pour évaluer le niveau d'usure de ladite bande de roulement (4) en fonction des variations de résistance du composant mesurées.