Brevet FR2891599A1 — publié le 20070406

Domaine de l'invention La présente invention concerne un accouplement à roue libre comportant des organes de serrage à rétrécissement installés entre une bague intérieure et une bague extérieure. Etat de la technique On connaît un accouplement à roue libre du type évoqué ci-dessus par exemple selon le document DE-103 10 225-Al. Cette roue libre comporte des organes de serrage guidés de façon à pouvoir basculer de manière limitée dans une cage; lors du basculement des organes de serrage en direction de leur position relevée, de non serrage, on a une butée par la forme pour les organes de serrage ainsi que pour une languette élastique en contact avec ceux-ci, sur une paroi limite de la cage. La languette élastique présente une géométrie de flexion (voir figure 1 et figure 5) ou pas de géométrie de flexion dans la direction tan- gentielle de la roue libre (voir figure 6). Alors que le mode de réalisation présenté en premier lieu nécessite une mise en oeuvre de moyens de fabrication relativement importante, dans l'autre mode de réalisation, le ressort peut subir des efforts plus importants dans la direction tangentielle. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un accouplement à roue libre et organe de serrage offrant des possibilités de fabrication rationnelles et ayant des propriétés de fonctionnement particulièrement bonnes. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un accouplement à roue libre du type défini ci-dessus caractérisé en ce que des organes de serrage munis d'une partie rétrécie entre une bague intérieure et une bague extérieure, - une cage unique entre la bague intérieure et la bague extérieure, cette cage ayant plusieurs logements, chaque logement ayant une zone étroite dans la direction axiale et une zone adjacente, plus large dans la direction axiale pour recevoir un organe de serrage, - un ruban à ressort installé radialement dans la cage et qui à l'état 35 non sollicité a une courbure initiale, ce rayon de courbure étant su- périeur à celui de la cage et les languettes élastiques sont dirigées radialement vers l'intérieur pour assurer la suspension élastique des organes de serrage. Ainsi entre la bague intérieure et la bague extérieure de la roue libre, on a des organes de serrage à rétrécissement placés dans des logements d'une cage et sollicités par la force de ressort. L'expression bague intérieure désigne dans ce contexte de manière générale toute pièce symétrique en rotation dont la surface extérieure constitue une surface de contact pour les organes de serrage. En particulier un arbre massif fait partie de cette définition de la bague intérieure . La force de ressort agissant sur les organes de serrage et poussant ceux-ci en direction de leur position de serrage est fournie par un ruban élastique ou ruban à ressort installé radialement à l'intérieur de l'unique cage de l'accouplement à roue libre. Les différentes lan- guettes élastiques du ruban à ressort touchent chacune un organe de serrage et viennent ainsi en saillie dans un logement de la cage dans lequel se trouve un organe de serrage. Les logements de la cage ont principalement une forme de T avec une zone large dans la direction axiale de l'accouplement à roue libre suivie d'une zone étroite adjacente, la zone large étant adaptée à la forme des organes de serrage et la zone étroite permettant une liberté de mouvement suffisante à la languette élastique. L'ensemble du ruban à ressort ou ruban élastique est précontraint par rapport à la cage. Aussi longtemps qu'aucune force n'est appliquée au ruban élastique, celui-ci conserve une courbure initiale dont le rayon de courbure est supérieure au rayon de la cage. Les languettes élastiques sont déjà cintrées lorsque le ruban à ressort n'est pas encore sollicité et leur courbure a toutefois un rayon qui est au moins légèrement inférieur au rayon de courbure du ruban élastique global de sorte que les languettes élastiques sont au moins dirigées légèrement vers l'intérieur dans la direction radiale. La forme des languettes élastiques courbées vers l'intérieur assure que même lorsque le ruban élastique est placé dans la cage sans les organes de serrage, les languettes élastiques du ruban ne sont pas tournées vers l'extérieur mais sont au moins légèrement dirigées vers l'axe de l'accouplement à roue libre. Lorsque les organes de serrage garnissent l'accouplement à roue libre, les languettes élastiques sont toujours précontraintes au dé-but du serrage et à mesure que la transmission du couple augmente entre la bague intérieure et la bague extérieure, c'est-à-dire à mesure que l'effet de serrage augmente, les languettes élastiques se déplacent radialement vers l'intérieur. Pendant le mouvement de basculement des organes de serrage, la languette élastique passe par la position neutre c'est-à-dire la position dans laquelle elle est dirigée tangentiellement. La forme préalablement cintrée des languettes élastiques permet d'éviter ou de réduire tout maximum de contraintes lors du basculement des organes de serrage. De tels maximums de contraintes peuvent se produire dans le ruban à ressort d'embrayage à roue libre selon l'état de la technique, notamment si la languette élastique est courbée uniformément avec le ruban à ressort et que l'organe de serrage est tenu avec du jeu dans le ruban à ressort. L'accouplement à roue libre selon l'invention crée un remède dans le ruban à ressort vis à vis des maximums mécaniques de tension sans nécessiter des ressorts de forme complexe. De manière préférentielle, l'ensemble du ruban à ressort y compris les languettes élastiques ne possède qu'une unique di- rection de courbure. La languette élastique de forme compacte, à faible masse d'inertie ne nécessite pas de butée au niveau de la cage. Selon un développement préférentiel, la languette élastique est librement mobile dans la zone étroite du logement de la bague extérieure. La languette élastique formée sur une traverse du ruban à ressort est réalisée de manière essentiellement rigide. L'effet de ressort est obtenu principale-ment par la torsion de l'entretoise transversale elle-même dirigée dans la direction axiale de l'accouplement à roue libre. Lors d'un mouvement de basculement de l'organe de serrage, non seulement la languette élastique est déformée mais également l'entretoise transversale que l'organe de serrage touche sur son côté non tourné vers la languette élastique, cette entretoise étant alors sensiblement basculée. Cette torsion de l'entretoise transversale participe également à la suspension élastique souhaitée pour l'organe de serrage. Alors que le débattement de la languette élastique n'est pas limité par la cage, cette dernière constitue avantageusement une surface d'appui pour l'organe de serrage servant de butée à la cage en position de roue libre notamment en position relevée par rapport à la bague intérieure. La butée adaptée au contour de l'organe de serrage se trouve de préférence à la jonction entre la zone large et la zone étroite du logement de la cage recevant l'organe de serrage. L'organe de serrage appliqué contre la cage peut induire radialement des efforts par l'intermédiaire de la cage dans la bague extérieure. On aura un appui stable de l'organe de serrage dans la cage si le point d'appui de l'organe de serrage contre la bague intérieure se si-tue dans la direction périphérique entre la surface d'appui de la cage et le point d'appui de l'organe de serrage contre la bague extérieure. Selon un développement avantageux, les faces de la cage sont munies de rondelles ou disques lisses engagés sur ces faces. Ces rondelles ou disques lisses réalisés de préférence en métal composite ou sous la forme de disques revêtus d'un métal composite, peuvent être reliés à rotation à la cage. La fonction de palier radial est en outre réalisée par un palier à roulement installé axialement à côté des organes de serrage. La cage de l'accouplement à roue libre est fabriqué de préférence en matière plastique. Selon un développement particulière-ment avantageux, la cage est réalisée en une matière plastique renforcée par des fibres notamment une matière plastique renforcée par des fibres de verre. Cela permet une tenue en température allant jusqu'à environ 200 C et une bonne tenue aux huiles utilisées habituellement dans le domaine automobile. Aussi longtemps que la cage n'est pas soumise à des contraintes radiales, elle est de préférence guidée par l'intérieur à savoir sur le ruban à ressort. En variante, on peut également envisager un guidage extérieur de la cage. Les extrémités du ruban à ressort se chevauchent de préférence sans liaison, radialement à l'intérieur de l'unique cage de l'accouplement à roue libre. Comme chaque organe de serrage est installé de manière mobile dans un logement de la cage, un mode de réalisation préférentiel, prévoit globalement un palier flottant pour la cage sur ce ruban à ressort. Cela signifie qu'au moins de légers mouvements sont possibles entre le ruban à ressort et la cage dans la direction tangentielle. De même la position radiale de la cage par rapport au ru- ban à ressort n'est pas bloquée totalement. La position radiale du ruban à ressort résulte principalement de la position du rétrécissement des organes de serrage. Aussi longtemps qu'un organe de serrage n'est pas poussé en direction de la bague extérieure, en position de roue libre, la paroi extérieure de la cage reste au moins légèrement écartée de la bague extérieure. Cela permet d'accepter des coefficients de dilatation thermique différents, d'une part de la cage fabriquée en un polymère et d'autres part de la bague intérieure et de la bague extérieure, métalliques. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses, - une languette à ressort vient en saillie dans la zone étroite d'un logement et sollicite un organe de serrage avec une force dirigée vers sa position de serrage, -à la limite entre la zone large et la zone étroite du logement, la cage comporte des surfaces d'appui de forme adaptée un organe de ser- rage, le point d'appui de l'organe de serrage contre la bague intérieure est situé dans la direction périphérique entre la surface d'appui contre la cage et un point d'appui de l'organe de serrage contre la bague extérieure, - l'ensemble du ruban à ressort y compris les languettes élastiques ont une seule direction de courbure, - un disque lisse servant de palier lisse est fixé à la cage entre la bague intérieure et la bague extérieure, - le disque lisse est engagé libre en rotation sur la cage, la cage est fabriquée en matière plastique, - la matière plastique de la cage est renforcée par des fibres et notamment des fibres de verre, - la cage est installée sans contact avec la bague extérieure sur le ru-ban à ressort en l'absence de contrainte radiale entre la bague inté- rieure et la bague extérieure, - la cage a en section une forme de U avec deux bords de la cage constituant des branches de la section U dirigée radialement vers l'intérieur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - les figures la - 1d représentent différents états de fonctionnement d'un accouplement à roue libre à organes de serrage; -la figure 2 montre le détail d'un organe de serrage d'un accouplement à roue libre; - les figures 3a et 3b montrent un autre exemple de réalisation d'un accouplement à roue libre et organe de serrage; - la figure 4 montre une cage de l'accouplement à roue libre des figures 15 3a, 3b en vue de dessus et avec différentes coupes. Description détaillée d'un mode de réalisation Les figures la - 1d montrent dans différents états de fonctionnement des détails de section simplifiées d'un accouplement à roue libre 1 encore appelé accouplement à roue libre à organes de ser- rage. L'accouplement à roue libre 1 est utilisé par exemple dans un convertisseur de couple ou dans une boîte de vitesses automatique d'un véhicule automobile. Dans le cas d'un convertisseur de couple, l'accouplement à roue libre 1 peut assurer la fonction de roue libre de la roue de guidage installée entre la roue de pompe et la roue de turbine. Les principaux composants de l'accouplement à roue libre 1 sont la bague intérieure 2 et la bague extérieure 3 entre lesquelles il y a des organes de serrage 4. Les organes de serrage 4 ont une forme avec un rétrécissement 5; les rétrécissements 5 définissent la position d'un ruban à ressort 6 installé pratiquement de façon concentrique par rapport à la bague intérieure 2 et à la bague extérieure 3. Les extrémités 7, 8 non reliées du ressort se chevauchent comme cela apparaît à la figure la. Radialement entre le ruban élastique 6 et la bague extérieure 3, on a une cage 9 en matière plastique guidée sur le ruban à ressort 6 ou dans la bague extérieure 3. Chaque organe de serrage est placé dans un logement 10 encore appelé poche de la cage 9. La forme des logements 10 apparaît bien à la figure 3b qui montre une vue éclatée d'un accouplement à roue libre 1 dont la structure et le fonctionnement correspondent pour l'essentiel à l'exemple de réalisation des figures la - 1d. Les explications données ci- après concernent, en l'absence d'indication contraire, toutes les réalisa- tions des figures la - 1d, 2, 3a, 3b, 4. Les logements 10 de la cage 9 ont une forme en T très plate avec une zone large 11 dans la direction axiale de l'accouplement à roue libre 1 et une zone 12 plus étroite, directement adjacente. Alors que la zone large 11 reçoit l'organe de serrage 4, la zone étroite 12 reçoit la languette élastique 13 en contact avec l'organe de serrage 4. Chaque languette élastique 13 est réalisée sur une traverse 14 du ruban à ressort 6, cette traverse est dirigée axialement par rapport à l'accouplement à roue libre 1. L'espace libre entre deux entretoises voi- sines 14 du ruban à ressort 6 correspond sensiblement à la dimension et à la forme d'un logement 10 de la cage 9. Indépendamment des languettes élastiques ou languettes à ressort 13, des espaces libres rectangulaires entre les entretoises 14 du ruban à ressort 6 sont appelés parties découpées 15. Cette désignation est choisie indépendamment du procédé de fabrication du ruban à ressort 6, par exemple un usinage par laser. Les traverses 14 relient les bords périphériques 19 du ruban à ressort 6. L'ensemble du ruban à ressort 6 ne comporte aucune moulure, encoche ou forme analogue ce qui permet de le fabriquer de manière très rationnelle et suivant une qualité constante. La zone étroite 12 de la poche 10 assure une double fonction: d'une part elle permet à la languette à ressort 13 de bouger sans être gênée et d'autre part cette zone est limitée dans la direction axiale par la surface d'appui 16 de la cage 9. Les surfaces d'appui 16 encore appelées rampes d'appui, qui définissent la limite entre la zone étroite 12 et la zone large 11 du logement 10 sont adaptées par une liai-son de forme à l'organe de serrage 4 comme cela apparaît en détail à la figure 2. La figure 2 montre plusieurs vecteurs de force, appliqués à l'organe de serrage 4: la bague intérieure 2 sollicite l'organe de ser-rage 4 par une force Fw dans la direction radiale vers l'extérieur. Les réactions dirigées radialement vers l'intérieur se présentent sous la forme d'une force FK par laquelle la cage 9 agit sur l'organe de serrage 4 de même qu'une force Fs par laquelle la bague extérieure 3 sollicite l'organe de serrage 4 vers l'intérieur. Les points d'appui des organes de serrage 4 contre la bague intérieure 2 ainsi que contre la bague extérieure 3 portent les références P;, Pa. Comme cela apparaît à la figure 2, les vecteurs de force FK et Fs sont décalés dans la direction périphérique par rapport à la force Fw et sont opposés à celle-ci si bien que l'on a globalement un appui stable de l'organe de serrage 4. Lorsqu'une force est induite comme cela correspond aux conditions réelles, à plat par la cage 9 à l'organe de serrage 4, le vecteur de force FK désigne la force qui développe le même effet que la force induite suivant une surface. Entre la bague intérieure 2 et la bague extérieure 3 on a une transmission de force radiale, ainsi par l'intermédiaire de l'organe de serrage 4 et de la cage 9 présentant à cet effet des rampes d'appui 16. Si l'organe de serrage 4 ne s'appuie pas par la cage 9 contre la bague extérieure 3, il subsiste entre la cage 9 et la bague extérieure 3 un intervalle 17 qui apparaît par exemple à la figure la. Ainsi la cage 9 n'est pas guidée par l'extérieur. La cage 9 a une fonction supplémentaire en ce qu'une rondelle ou un disque lisse 18 muni d'une gorge 20 est enclipsé sur une face frontale de la cage; ce disque lisse constitue un palier lisse entre la bague intérieure 2 et la bague extérieure 3. Le disque ou la rondelle lisse 18 entoure un bord 22 annulaire muni d'une rainure 21 de la cage 9, se poursuivant par les entretoises axiales 23 de la cage 9. Les entretoises 23 sont relevées sensiblement dans la direction radiale par rapport aux bords 22 et constituent ainsi une partie en relief 24 de la cage. Comme cela apparaît notamment à la figure 4, les bords 22 avec l'entretoise 23 ont en section, une forme plate en U; les bords 22 qui s'étendent sensiblement plus que l'entretoise 23 dans la direction radiale, constituent les branches de la section en U dirigées radialement vers l'intérieur. La réalisation en forme de U de la cage 9 permet d'une part de guider le ruban à ressort 6 et garantit d'autre part la libre mobilité des languettes à ressort 13. Lorsque la cage 9 est réalisée par injection en matière plastique, il faut veiller à ce qu'aucun dégagement de l'outil d'injection ne soit possible radialement vers l'intérieur. Dans la disposition des figures la - 1d, la bague extérieure 3 est entraînée par la bague intérieure 2 lorsque cette dernière tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Les figures la et 1d montrent cette situation; pour le positionnement des organes de serrage 4 selon la figure la, on transmet un couple relativement faible alors que pour la disposition selon la figure 1d on transmet le couple maximum. Dans chaque état de mouvement des figures la - 1d, le ru- ban à ressort 6 est précontraint contre la cage 9. Lorsqu'on enlève le ruban à ressort 6 de la cage 9, le ruban 6 se déploie c'est-à-dire que son cintrage à l'état mécaniquement non sollicité a un rayon plus grand que celui de la cage 9. La courbure ou cintrage du ruban à ressort 6 à l'état mécaniquement non sollicité est également appelée forme de ton- neau . Les languettes élastiques 13 ont également une forme de tonneau pour le ruban à ressort 6 avec toutefois des différences du point de vue du rayon de courbure du ruban à ressort 6 et de celui des différentes languettes élastiques 13: en l'absence d'action de forces extérieures, les languettes élastiques 13 sont plus fortement cintrées que le ruban à ressort ne l'est globalement. Les languettes élastiques 13 sont ainsi au moins légèrement dirigées vers l'intérieur, radialement dans le ruban à ressort 6. La disposition des languettes à ressort 13 à l'état mécaniquement non sollicité par rapport à la partie restante du ruban à res- sort 6 correspond ainsi en principe à la disposition représentée à la figure 1d. Pour l'état de la figure 1d, il s'agit de la transmission du couple maximum possible, entre la bague intérieure 2 et la bague extérieure 3, c'est-à-dire par comparaison aux forces que les languettes élastiques 13 peuvent exercer, de la transmission de sollicitations très élevées aux organes de serrage 4; dans ce cas, il importe peu dans quelle direction agissent les languettes élastiques 13. Il est en particulier admissible que les languettes élastiques 13 ne sollicitent les organes de serrage 4 qu'avec une force extrêmement faible en direction de la position de serrage (celle-ci est déjà établie). La situation est différente lorsque les organes de serrage 4 ne transmettent qu'un couple relativement faible entre la bague intérieure 2 et la bague extérieure 3 comme le montre la figure la. Dans ce cas, les languettes élastiques 13 ont le même alignement tangentiel que l'ensemble du ruban à ressort 6 si bien qu'elles n'apparaissent pas bien à la figure 1. Si à l'état mécaniquement non sollicité, l'ensemble du ru-ban à ressort 6, y compris les languettes élastiques 13 avait une cour-bure constante, dans la disposition de la figure la, les languettes élastiques 13 n'exerceraient aucune force sur les organes de serrage 4 qui renforcerait la poursuite du passage des organes de serrage 4 en position de serrage. Contrairement à la disposition de la figure 1d, il est particulièrement important, précisément dans la disposition de la figure la, lorsque l'accouplement à roue libre 1 est soumis à une faible contrainte de torsion, de soutenir le passage des organes de serrage 4 dans la position de serrage en exerçant une force de ressort. Pour cela, les languettes à ressort ou languettes élastiques 13 sont plus fortement cintrées à l'état non sollicité que la partie restante du ruban à ressort 6. Les languettes élastiques 13 ont ainsi une direction de courbure uni- forme qui correspond à la direction de courbure ou de cintrage de l'ensemble du ruban à ressort 6. Les dispositions des figures lb et le se distinguent l'une de l'autre en ce que selon la figure lb, les organes de serrage 4 s'appliquent à la fois contre la bague intérieure 2 et la bague extérieure 3 alors que selon la figure 1 c, ils s'appliquent exclusivement contre la bague extérieure 3. Dans le cas de la figure lb, la bague extérieure 3 tourne à une faible vitesse angulaire et/ou la bague intérieure 2 tourne selon une vitesse angulaire quelconque alors que dans le cas de la figure 1 c, la bague extérieure 3 tourne à une vitesse angulaire élevée. Des forces centrifuges agissent ainsi sur des organes de serrage 4 qui les soulèvent par rapport à la bague intérieure 2 et les mettent en appui contre les rampes d'appui 16. Lorsqu'on continue d'augmenter la vitesse angulaire de la bague extérieure 3, les forces engendrées peuvent fermer l'intervalle ouvert 17 selon la figure l c. L'augmentation du frottement entre la cage 9 et la bague extérieure 3 favorise comme souhaité, l'entraînement de la cage 9 par la bague extérieure 3. NOMENCLATURE 1 Accouplement à roue libre 2 Bague intérieure 3 Bague extérieure 4 Organe de serrage Partie rétrécie 6 Ruban à ressort 7 Extrémité du ressort 8 Extrémité du ressort 9 Cage Logement 11 Zone large 12 Zone étroite 13 Languette élastique 14 Entretoise Découpe 16 Surface d'appui 17 Intervalle 18 Disque de glissement 19 Bord Moulure 21 Rainure 22 Bord 23 Entretoise 24 Bossage de la cage FB Force FK Force 30 Fw Force P; Point d'appui Pa Point d'appui REVENDICATIONS 11 Accouplement à roue libre (1) comportant: - des organes de serrage (4) munis d'une partie rétrécie (5) entre une bague intérieure (2) et une bague extérieure (3), - une cage (9) unique entre la bague intérieure (2) et la bague extérieure (3), cette cage ayant plusieurs logements (10), chaque loge-ment (10) ayant une zone étroite (12) dans la direction axiale et une zone adjacente (11), plus large dans la direction axiale pour recevoir un organe de serrage (4), - un ruban à ressort (6) installé radialement dans la cage (9) et qui à l'état non sollicité a une courbure initiale, ce rayon de courbure étant supérieur à celui de la cage (9) et les languettes élastiques (13) sont dirigées radialement vers l'intérieur pour assurer la suspension élastique des organes de serrage (4). 2 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une languette à ressort (13) vient en saillie dans la zone étroite (12) d'un logement (10) et sollicite un organe de serrage (4) avec une force dirigée 20 vers sa position de serrage. 3 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que à la limite entre la zone large (12) et la zone étroite (11) du logement 25 (10), la cage (9) comporte des surfaces d'appui (16) de forme adaptée pour un organe de serrage (4). 4 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le point d'appui (Pi) de l'organe de serrage (4) contre la bague intérieure (2) est situé dans la direction périphérique entre la surface d'appui (16) contre la cage (9) et un point d'appui (Pa) de l'organe de serrage (4) contre la bague extérieure (3). 5 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble du ruban à ressort (6) y compris les languettes élastiques (13) ont une seule direction de courbure. 6 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un disque lisse (18) servant de palier lisse est fixé à la cage (9) entre la bague intérieure (2) et la bague extérieure (3). 7 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le disque lisse (18) est engagé libre en rotation sur la cage (9). 8 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage (9) est fabriquée en matière plastique. 9 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matière plastique de la cage (9) est renforcée par des fibres et notamment des fibres de verre. 10 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage (9) est installée sans contact avec la bague extérieure (3) sur le ruban à ressort (6) en l'absence de contrainte radiale entre la bague intérieure (2) et la bague extérieure (3). 11 ) Accouplement à roue libre (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage (9) a en section une forme de U avec deux bords (22) de la cage (9) constituant des branches de la section U dirigée radialement vers l'intérieur.