Brevet FR2907523A1 — publié le 20080425

Dispositif de roulement instrumenté L'invention relève du domaine des paliers à roulement instrumentés, notamment munis d'un dispositif de détection de paramètres de rotation. Un roulement instrumenté peut comprendre un bloc capteur disposé d'un côté et fixé dans une rainure annulaire ménagée dans la bague extérieure non tournante du roulement. Un codeur est monté sur la bague tournante et défile à rotation devant un capteur disposé dans le bloc capteur. On génère ainsi un signal représentatif d'un paramètre de rotation du codeur. Le codeur de forme annulaire est disposé d'un côté du roulement et un organe d'étanchéité est disposé de l'autre côté. Le codeur comprend une armature métallique annulaire sur laquelle est fixée la partie magnétique active du codeur. Le codeur peut participer à l'étanchéité du roulement pour éviter l'intrusion de particules étrangères et pour conserver le lubrifiant dans le roulement. Dans le cas de roulements instrumentés à bague intérieure tournante, le lubrifiant est centrifugé vers la bague extérieure et des fuites peuvent se produire entre le codeur et la bague extérieure. Par ailleurs, l'instabilité su signal de sortie est parfois nuisible à son exploitation par des moyens de traitement. Il est souhaitable de remédier à ces inconvénients. Il est souhaitable de fournir un roulement à lubrification améliorée et à signal de sortie de qualité élevée. La demanderesse s'est aperçue que la stabilité du signal de sortie est d'autant plus élevée que l'entrefer entre codeur et capteur est stable et de petite taille. Le dispositif de roulement instrumenté pour mesurer au moins un paramètre de rotation d'un palier, comprend une bague tournante, une bague non tournante, une rangée d'éléments roulants disposée entre les bagues tournante et non tournante, un codeur monté sur l'une des bagues et un ensemble capteur monté sur l'autre bague pour détecter un signal du codeur, le codeur comprenant une armature et une partie active. Le 2907523 2 codeur comprend un déflecteur formé sur la périphérie du codeur, le déflecteur se présentant sous la forme d'un rebord annulaire orienté vers les éléments roulants et formant un moyen pour rediriger vers les éléments roulants le lubrifiant centrifugé lors de la rotation de la bague 5 tournante. Le déflecteur favorise le retour du lubrifiant, par exemple de la graisse, vers les éléments roulants. Le déflecteur tend à ramener axialement le lubrifiant vers le centre du roulement, en d'autres termes vers le plan radial passant par le centre des éléments roulants. Le déflecteur participe à la rigidité du codeur, notamment pour éviter un 10 voilage, c'est-à-dire une déformation axiale. Dans un mode de réalisation, le déflecteur forme une partie de l'armature. L'armature peut être disposée du côté intérieur du roulement et agir pour ramener le lubrifiant en direction des éléments roulants. Dans un mode de réalisation, le déflecteur forme un rebord de 15 rigidification de l'armature. L'armature est ainsi rigidifiée axialement de façon économique et offre un support de qualité à la partie active. Dans un mode de réalisation, l'armature se présente sous la forme d'une coupelle annulaire en tôle comprenant une partie axiale emmanchée sur la bague tournante, une partie radiale supportant au 20 moins partiellement la partie active, et le déflecteur. L'armature peur être fabriquée par emboutissage d'un flan de tôle. Le déflecteur peut être tronconique. Le déflecteur peut être sensiblement axial. Dans un mode de réalisation, le déflecteur est raccordé directement à une partie de l'armature supportant la partie active. 25 L'armature peut être monobloc avec le déflecteur. Dans un mode de réalisation, le déflecteur est raccordé indirectement à une partie de l'armature supportant la partie active. Le déflecteur peut être monobloc avec la partie active et en former un prolongement radialement vers l'extérieur et axialement vers l'intérieur 30 du roulement. Dans un mode de réalisation, le déflecteur forme un passage étroit avec la bague non tournante. Le déflecteur peut former un moyen d'étanchéité avec la bague non tournante. 2907523 3 Dans un autre mode de réalisation, le déflecteur forme un passage étroit avec l'ensemble capteur, par exemple le bloc capteur. Le déflecteur peut former un moyen d'étanchéité avec le capteur. Dans un mode de réalisation, la partie active du codeur est 5 disposée contre une face radiale de l'armature. La partie active peut être collée ou surmoulée sur l'armature. La partie active peut être fixée sur une face extérieure de l'armature tandis que la face intérieure forme un moyen de conservation du lubrifiant à proximité des organes à lubrifier, notamment d'au moins un chemin de roulement. 10 Dans un mode de réalisation, le codeur est monté une bague intérieure tournante. Dans un mode de réalisation, le bloc capteur comprend au moins une paroi formant un passage étroit en chicane avec le déflecteur. Dans un mode de réalisation, le bloc capteur comprend au moins 15 une lèvre souple frottant sur le déflecteur. Une étanchéité de haut niveau est ainsi assurée. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les 20 dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de roulement instrumenté - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 ; et - la figure 3 est une variante de la figure 2. 25 -Comme on peut le voir sur les figures, le palier à roulement instrumenté 1 comprend un roulement 2 et un ensemble de détection 3 associé au roulement 2. Le roulement 2 comprend une bague extérieure 4, une bague intérieure 5, une rangée d'éléments roulants 6, ici des billes, une cage 7 de maintien de l'espacement circonférentiel régulier 30 des éléments roulants 6 et un flasque d'étanchéité 8 fixé dans une rainure 9 de la bague extérieure 4 et formant un passage étroit avec une portée axiale de la bague intérieure 5. Les bagues 4 et 5 comprennent chacune un chemin de roulement 4a, 5a, respectivement sur leur alésage et sur leur surface 2907523 4 extérieure axiale. Les chemins de roulement 4a et 5a présentent une forme toroïdale et peuvent être formés par usinage d'une portion de tube ou d'une ébauche annulaire. La bague extérieure 4 comprend également deux rainures 9 et 10, à proximité des surfaces frontales 5 radiales de ladite bague extérieure 4. Les bagues 4 et 5 sont symétriques par rapport à un plan passant par le centre des éléments roulants 6. Les bagues 4 et 5 comprennent chacune une surface radiale frontale 4b, 5b du côté de la rainure 10. Les surfaces radiales frontales 4b et 5b sont sensiblement coplanaires. Du côté opposé, les bagues 4 10 et 5 peuvent également comprendre chacune une surface radiale frontale, ces surfaces étant sensiblement coplanaires. La bague 5 comprend un alésage cylindrique 5c et une surface extérieure 5d, et la bague 4 comprend une surface extérieure axiale cylindrique 4c et un alésage 4d. 15 L'ensemble de détection 3 est fixé dans la rainure 10 et présente un encombrement radial inférieur à celui du roulement 2. En d'autres termes, l'ensemble de détection 3 présente une surface extérieure de diamètre inférieur à celui de la surface extérieure de la bague extérieure 4 et un alésage de diamètre supérieur à l'alésage de 20 la bague intérieure 5. L'ensemble de détection 3 comprend un bloc capteur 11, un connecteur 12 et une carte de circuit imprimé 13. Le bloc capteur 11 présente une forme générale annulaire à section en C avec une branche radiale lla disposée entre une branche axiale de grand diamètre llb et 25 une branche axiale de petit diamètre 11c. La branche axiale de petit diamètre 11c présente une longueur inférieure à celle de la branche axiale de grand diamètre llb. La branche axiale de grand diamètre llb est pourvue à son extrémité libre, sur sa surface extérieure, d'un bourrelet 11d, discontinu ou de préférence continu, en saillie dans la 2907523 5 rainure 10 de la bague extérieure 4 et assurant ainsi le maintien du bloc capteur par rapport à la bague extérieure 4, tout en laissant libre la face radiale 4b de la bague 4. La branche axiale de petit diamètre llc vient former un passage étroit avec la face frontale radiale 5b de 5 la bague intérieure 5. Le bloc capteur 11 définit un espace annulaire ouvert en direction du roulement 2. La carte de circuit imprimé 13 est disposée dans le fond dudit espace annulaire en contact avec la portion radiale 1 l a du bloc capteur 11. La carte de circuit imprimé 13 supporte au moins un élément 10 capteur 14, par exemple du type à effet Hall. Le bloc capteur 11 comprend en outre un élément de positionnement 15 destiné à coopérer avec le connecteur 12. L'élément de positionnement 15 se présente sous la forme d'un parallélépipède creux délimitant un espace rectangulaire dans lequel est disposé le 15 connecteur 12. L'élément de positionnement 15 est en saillie radialement par rapport à la portion radiale lla du bloc capteur 11, en direction opposée au roulement 2. L'élément de positionnement 15 occupe un secteur angulaire limité, contrairement au reste du bloc capteur 11 annulaire. L'élément de positionnement 15 s'étend 20 axialement sur une longueur nettement inférieure à celle du connecteur 12 et sert de guidage lors du montage du connecteur 12. L'élément de positionnement 15 définit ainsi un logement ouvert pour le connecteur 12. Ce logement est complété par une ouverture 17 ménagée de 25 façon traversante à travers la portion radiale lla du bloc capteur 12 et débouchant ainsi dans l'espace où est disposée la carte de circuit imprimé 13. Des trous 18 sont prévus dans la carte de circuit imprimé 13, de façon à venir en regard de l'ouverture 17 une fois la carte mise 2907523 6 en place. Le bloc capteur 11 peut être obtenu par moulage par injection d'un matériau synthétique. Le connecteur 12 comprend une partie isolante 19 et une pluralité de broches 20 conductrices. La partie isolante 19 présente 5 une forme globale de parallélépipède rectangle insérée entre l'élément de positionnement 15 du bloc capteur 11 et en contact avec la paroi radiale lla. La partie isolante 19 est ouverte sur sa face radiale opposée à la paroi radiale lla du bloc capteur Il pour présenter une concavité permettant l'insertion d'une fiche électrique. Les broches 10 20, fixées à demeure dans une paroi radiale 19a de fond de la partie isolante 19, sont en saillie de part et d'autre de la paroi radiale 19a de la partie isolante 19. Les broches 20 traversent l'ouverture 17 ménagée dans la paroi radiale 1 l a et les trous 18 ménagés dans la carte de circuit imprimé 13 15 et sont légèrement en saillie au-delà de la carte de circuit imprimé 13 tout en étant fixés à celles-ci par une soudure 21, par exemple du type à l'étain. Les broches 20 du connecteur 12 forment ainsi une liaison mécanique axiale entre la partie isolante 19 du connecteur 12 d'un côté de la paroi radiale l i a et la carte de circuit imprimé 13 de l'autre 20 côté. La partie isolante du connecteur 19 et la carte de circuit imprimé sont donc maintenues axialement en contact avec ladite portion radiale 1 l a qui forme une cloison de séparation. La carte de circuit imprimé 13 peut occuper un secteur angulaire limité de l'espace annulaire défini par le bloc capteur 11. I1 25 est souhaitable de guider la carte de circuit imprimé 13 angulairement par rapport au bloc capteur 11 lors du montage. Le bloc capteur 11 peut comprendre une pluralité de nervures en saillie radialement par rapport à la face interne de la portion radiale 11a, en d'autres termes en saillie en direction du roulement 2. Les nervures peuvent présenter 2907523 7 des portions en arc de cercle et/ou des portions radiales ou encore obliques. Les nervures laissent subsister un seul espace angulaire suffisant pour y loger la carte de circuit intégré 13. Les nervures peuvent se raccorder par de courtes portions 5 radiales à la portion axiale de petit diamètre 11c qu'elles contribuent ainsi à rigidifier. Les nervures permettent également d'accroître la rigidité de la portion radiale lla. Les nervures assurent ainsi à la fois un rôle de rigidification du bloc capteur 11 dans son ensemble et de positionnement angulaire grossier de la carte de circuit intégré 13. 10 Le connecteur 12 peut être assemblé avec le bloc capteur 11, avant ou après le pré-montage de la carte de circuit intégré 13, et peut être retenu de façon provisoire grâce à l'élément de positionnement 15 qui, de par sa forme, présente une très légère souplesse lui permettant d'exercer un frottement suffisant sur la partie isolante 19 du 15 connecteur 12. On peut venir ensuite former les points de soudure 21, tout en serrant légèrement le connecteur 12 et la carte de circuit intégré 13 contre la paroi radiale 1 la qui forme une cloison de séparation entre ces éléments. Une fois la soudure effectuée, l'ensemble de détection 3 se présente sous la forme d'un système 20 indémontable et présente un risque de perte de pièce particulièrement faible. Les soudures 21 et les broches 20 assurent ainsi une double fonction de liaison électrique pour la transmission de signal en provenance du capteur 14 ou d'un circuit électronique de traitement 25 d'une part, et de liaison mécanique d'autre part, pour maintenir ensemble le connecteur 12, le bloc capteur 11 et la carte de circuit imprimé 13. On peut utiliser des connecteurs standards fabriqués en très grande série et donc à faible coût. La carte de circuit imprimé peut 2907523 8 également convenir à plusieurs dimensions de roulements standards. Seul le bloc capteur est adapté à la dimension du roulement. L'ensemble des détections est bien adapté à l'utilisation de roulements conventionnels de type à simple rangée de billes et gorge profonde, en 5 utilisant la rainure du roulement prévue initialement pour le montage d'un joint d'étanchéité. Le bourrelet, qui permet de fixer le bloc capteur à la rainure de la bague extérieure, peut être obtenu par moulage, et ce de façon relativement économique. Le centrage et le positionnement axial du bloc capteur peuvent être effectués 10 uniquement grâce à la rainure de la bague extérieure du roulement. Le roulement instrumenté est très compact radialement et peut être inséré facilement dans un logement. Par ailleurs, le bloc capteur laisse la face radiale de la bague extérieure complètement libre, de telle sorte que celle-ci peut être 15 utilisée comme face de référence et venir en appui dans un épaulement ou une autre surface radiale interne du logement. En d'autres termes, la face radiale frontale 4b de la bague extérieure 4, qui est sensiblement coplanaire avec la face radiale 5b de la bague intérieure 5, reste libre. Le bloc capteur permet le 20 positionnement précis du connecteur rapporté, grâce au logement en saillie formé sur la surface frontale extérieure du bloc capteur. Lorsqu'on introduit une prise femelle dans le connecteur 12, on peut, sans risques significatifs, exercer un effort axial important, ledit effort étant repris par la cloison radiale lla du bloc capteur 11 sur 25 laquelle vient en appui le connecteur. Lors du retrait de la prise femelle, les soudures transmettent l'effort axial à la carte de circuit intégré qui est en appui contre la cloison radiale du bloc capteur. La carte de circuit intégré reste donc parfaitement positionnée axialement avec des risques très réduits de variations d'entrefer entre le ou les 2907523 9 capteurs et l'anneau codeur, de telles variations d'entrefer étant susceptibles d'affecter la fiabilité des mesures. En outre, les capteurs sont convenablement protégés par le bloc capteur et par le passage étroit formé avec la bague intérieure. 5 Le codeur 22 présente une forme générale annulaire et comprend une armature 23 et une partie active 24. Le codeur 22 est de type magnétique dans le mode de réalisation représenté. La partie active 24 est annulaire à section rectangulaire allongée radialement. La partie active 24 peut être réalisée à base de plastoferrite ou d'élastoferrite 10 magnétisée avec une alternance circonférentielle de pôles nord et sud. L'armature 23 comprend une coupelle monobloc en tôle, par exemple formée par découpe d'une rondelle dans un flan de tôle, puis emboutissage. L'armature 23 peut aussi être formée par découpe d'un tronçon dans un tube, puis emboutissage. 15 L'armature 23, de forme annulaire, comprend une partie axiale 25 emmanchée sur la surface extérieure 5d de la bague intérieure 5, une partie radiale 26 formée dans le prolongement de la partie axiale 25 du côté opposé aux éléments roulants, s'étendant vers l'extérieur et légèrement en saillie axiale par rapport à la surface frontale 5b de la 20 bague intérieure 5, et un rebord axial 27 formé dans le prolongement de la partie radiale 26 vers les éléments roulants. L'armature 23 présente une section en C avec des branches inégales. En effet, dans le mode réalisation représenté, la partie axiale 25 est plus longue que le rebord axial 27. Toutefois, les branches axiales peuvent être d'égale longueur. 25 La partie active 24 est fixée, notamment par collage ou surmoulage, sur la face externe 26a de la partie radiale 26. Le rebord axial 27 forme un passage étroit avec la surface intérieure de révolution de la portion axiale de grand diamètre l lb du porte capteur 11. Le rebord axial 27 accroît la rigidité de la partie radiale 26, en 30 particulier la rigidité axiale, principalement à proximité de l'extrémité de grand diamètre de la partie radiale 26, d'où une réduction du risque de voilage de la partie radiale 26 et de la partie active 24. I1 en résulte une planéité accrue de la partie active 24, et par conséquent un entrefer 2907523 10 axial stable entre la partie active 24 et le capteur 14 avec pour résultat un signal magnétique plus régulier détecté par le capteur 14 et un signal de sortie de qualité accrue. Par ailleurs, la planéité accrue de la partie active 24 rend possible une diminution de l'entrefer entre le codeur 22 5 et l'élément capteur 14. La diminution de l'entrefer rend le capteur moins sensible aux perturbations et augmente le rapport signal sur bruit. La détection est plus aisée et le signal de sortie présente une qualité encore meilleure. Le rebord axial 27 forme un déflecteur pour le lubrifiant pour les 10 éléments roulants. Le lubrifiant, en formant un film entre les éléments roulants 6 et les chemins de roulement 4a, 5a ainsi qu'entre les éléments roulants 6 et la cage 7, diminue les frottements dans les zones de contact entre ces composants, évitant ainsi les pertes d'énergie, les usures et les échauffements. Lorsque la bague intérieure 5 tourne, le lubrifiant est 15 centrifugé et tend à se rapprocher de la bague extérieure 4. Le lubrifiant se trouvant sur la face interne 26b de la partie axiale 26 se déplace radialement vers l'extérieur, puis est ramené axialement vers l'intérieur du roulement par la face interne 27a du rebord axial 27. En fonctionnement, le lubrifiant est ainsi ramené en direction des éléments 20 roulants 6. Le rebord axial 27 assure une fonction de raidissement mécanique de la partie active du codeur 22, une fonction d'étanchéité par passage étroit avec une pièce non tournante, et une fonction de recirculation du lubrifiant vers les pièces qu'il est souhaitable de lubrifier. Outre le fait que le lubrifiant a tendance à être rejeté 25 axialement vers l'intérieur du roulement par le déflecteur 27, la sortie du lubrifiant en dehors de l'espace délimité par les bagues 4 et 5, le flasque 8 et l'armature 23 du codeur 22 est également rendue plus difficile par le passage étroit entre le rebord axial 27 et la surface intérieure du bloc capteur 11. 30 Dans le mode de réalisation de la figure 3, le rebord axial est remplacé par une partie tronconique 29 d'angle compris entre 30 et 60 par rapport à l'axe du roulement. La partie tronconique 29 est dirigée radialement vers l'extérieur et axialement vers les éléments roulants 6 à partir de l'extrémité de grand diamètre de la partie radiale 26. Lors de la 2907523 11 rotation de la bague intérieure 5, le lubrifiant en contact avec la face interne 29a est ramené axialement vers l'intérieur du roulement de par l'oblicité de la partie 29 et l'effet de centrifugation dû à la rotation. La partie tronconique 29 assure un excellent retour du lubrifiant vers les 5 pièces à lubrifier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de roulement instrumenté (1) pour mesurer au moins un paramètre de rotation d'un palier, comprenant une bague tournante (5), une bague non tournante (4), une rangée d'éléments roulants (6) disposée entre les bagues tournante et non tournante, un codeur (22) monté sur l'une des bagues et un ensemble capteur (3) monté sur l'autre bague pour détecter un signal du codeur (22), le codeur (22) comprenant une armature (23) et une partie active (24), caractérisé par le fait que le codeur (22) comprend un déflecteur (27, 29) formé sur la périphérie du codeur, le déflecteur (27, 29) se présentant sous la forme d'un rebord annulaire orienté vers les éléments roulants (6) et formant un moyen pour rediriger vers les éléments roulants (6) le lubrifiant centrifugé lors de la rotation de la bague tournante. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur forme une partie de l'armature (23). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le déflecteur forme un rebord de rigidification de l'armature (23). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'armature (23) se présente sous la forme d'une coupelle annulaire en tôle comprenant une partie axiale (25) emmanchée sur la bague tournante, une partie radiale (26) supportant au moins partiellement la partie active, et le déflecteur (27, 29). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le déflecteur (29) est tronconique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le déflecteur (27) est sensiblement axial. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le déflecteur (27, 29) est raccordé directement ou indirectement à une partie de l'armature (23) supportant la partie active. 2907523 13 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le déflecteur (27, 29) forme un passage étroit avec la bague non tournante ou l'ensemble capteur (3). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, dans lequel la partie active (26) du codeur (22) est disposée contre une face radiale de l'armature (23). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le codeur (22) est monté sur une bague intérieure (25) tournante.