Brevet FR2900208A1 — publié le 20071026

Dispositif de roulement instrument L'invention concerne le domaine des roulements instrumentés destinés à détecter les paramètres de rotation, par exemple la vitesse angulaire, le déplacement, etc., d'un élément solidaire de la bague tournante du roulement. De manière connue en soi, de tels roulements instrumentés comportent le roulement proprement dit sur lequel on vient fixer un bloc capteur comportant un capteur coopérant avec un élément codeur fixé sur une partie tournante du roulement ou sur une pièce liée à la bague tournante du roulement. Le bloc capteur est souvent réalisé en matière plastique moulée par injection et abrite le ou les capteurs reliés électriquement à un circuit imprimé de traitement du signal. Le bloc capteur comporte souvent un connecteur destiné à la sortie des signaux émis par le roulement instrumenté vers un système d'exploitation du signal extérieur. Dans les dispositifs de l'art antérieur, le bloc capteur est souvent spécifique au roulement auquel il est associé et à l'application dans laquelle le roulement instrumenté est utilisé. Ceci va à l'encontre d'une production économique utilisant des composants les plus standardisés possible fabriqués en très grande série. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. L'invention a pour but de proposer un produit le plus polyvalent possible, de structure modulaire et simple, utilisant autant que faire se peut des éléments standardisés. Le dispositif de roulement instrumenté comprend une bague tournante et une bague non tournante, concentriques, munies chacune d'un chemin de roulement, une rangée d'éléments roulants disposés entre les chemins de roulement, et un ensemble de détection muni d'un bloc capteur. L'ensemble de détection comprend un connecteur rapporté muni de broches et d'une face arrière en contact avec une première face du bloc capteur, et une carte de circuit imprimé en contact avec une deuxième face du bloc capteur opposée à la première. Les broches du connecteur traversent des orifices ménagés dans la carte de circuit imprimé et dans le bloc capteur entre tes première et deuxième faces. Des points de soudure assurent la liaison axiale entre le connecteur et la carte de circuit imprimé en maintenant en contact axial le connecteur, le bloc capteur et la carte de circuit imprimé. Le montage de la carte de circuit imprimé, du bloc capteur et du connecteur est extrêmement simple, le connecteur et la carte de circuit imprimé peuvent être utilisés pour des roulements de différents diamètres. Le roulement lui-même peut être de type standard, à gorge profonde, fabriqué en très grande série. Dans un mode de réalisation de l'invention, le bloc capteur comprend une cloison disposée entre le connecteur et la carte de circuit imprimé. La liaison axiale entre le connecteur et la carte de circuit imprimé agit ainsi à l'instar d'un rivet maintenant le connecteur, la cloison du bloc capteur et la carte de circuit imprimé ensemble. La carte de circuit imprimé peut être en contact avec une face radiale interne de la cloison. Dans un mode de réalisation, la carte de circuit imprimé supporte au moins un capteur destiné à coopérer avec un élément codeur fixé à la bague tournante. Alternativement, l'élément codeur peut être fixé à une pièce tournante solidaire de la bague tournante. Dans un mode de réalisation, le bloc capteur comprend une portion annulaire radiale, une portion annulaire axiale externe et une portion annulaire axiale interne. La portion annulaire radiale est disposée entre les portions annulaires axiales externe et interne. Le bloc capteur présente une forme de C en coupe axiale. La portion annulaire radiale peut former la cloison disposée entre le connecteur et la carte de circuit imprimé. Le bloc capteur peut être formé de façon monobloc, par exemple par moulage par injection. Dans un mode de réalisation de l'invention, le bloc capteur comprend une languette de retenue axiale de la carte de circuit imprimé. Dans un mode de réalisation, le bloc capteur comprend au moins un élément de positionnement du connecteur, ledit élément de positionnement étant disposé sur la première face du bloc capteur. On facilite ainsi l'assemblage du connecteur et du bloc capteur. Dans un mode de réalisation, le diamètre du bloc capteur est inférieur au grand diamètre de la face latérale radiale de la bague supportant le bloc capteur. L'encombrement radial de l'ensemble de détection reste faible. Dans un mode de réalisation, le bloc capteur comprend au moins un ergot de retenue de la carte de circuit imprimé, ledit ergot étant issu d'une paroi interne du bloc capteur et s'étendant radialement pour venir en contact avec la carte de circuit imprimé. On facilite ainsi le pré-montage de la carte de circuit imprimé et du bloc capteur. Le bloc capteur peut comprendre deux ergots de retenue de la carte de circuit imprimé s'étendant radialement, l'un vers l'intérieur, et l'autre vers l'extérieur, pour venir en contact avec la carte de circuit imprimé. Dans un mode de réalisation, au moins une ouverture est ménagée dans une paroi du bloc capteur pour accroître la souplesse radiale du bloc capteur. L'ouverture peut être prévue à proximité du ou des ergots pour faciliter le mouvement axial de la carte de circuit imprimé par rapport au bloc capteur lors du pré-montage de ces deux éléments. L'invention concerne également un procédé die montage de roulement instrumenté, comprenant une bague tournante et une bague non tournante, concentriques, munies chacune d'un chemin de roulement, une rangée d'éléments roulants disposés entre les chemins de roulement, et un ensemble de détection muni d'un bloc capteur. On rapporte un connecteur muni de broches, les broches du connecteur traversant des orifices ménagés dans le bloc capteur entre deux faces opposées du bloc capteur, une face arrière du connecteur étant en contact avec une première face du bloc capteur, on rapporte une carte de circuit imprimé en contact avec une deuxième face du bloc capteur, les broches du connecteur traversant des orifices ménagés dans la carte de circuit imprimé, et on lie axialement le connecteur et la carte de circuit imprimé par des points de soudure en maintenant en contact axial le connecteur, le bloc capteur et la carte de circuit imprimé. On obtient ainsi un ensemble de détection comprenant de nombreux éléments standards indépendants du type et du diamètre de roulement et qui peut être fixé sur le roulement par encliquetage dans un mouvement axial relativement facile à automatiser. Dans un mode de réalisation, on amène la carte de circuit imprimé par un mouvement axial dans le bloc capteur, ce qui provoque l'écartement temporaire d'ergots de retenue du bloc capteur susceptibles de se déplacer radialement, puis le retour en position initiale, assurant ainsi un maintien de la carte de circuit imprimé par rapport au bloc capteur avant la liaison par soudure. Dans un mode de réalisation, la portion radiale du bloc capteur comporte, sur sa deuxième face, au moins une nervure. Ladite nervure assure une rigidification du bloc capteur et permet un premier positionnement relativement grossier de la carte de circuit imprimé dans sa zone de montage. On peut bien entendu prévoir un nombre plus élevé de nervures s'étendant angulairement et/ou radialement. Les nervures peuvent également présenter un chanfrein facilitant le positionnement angulaire de la carte de circuit imprimé vers sa position définitive. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un roulement instrumenté selon I-I de la figure 3 ; - la figure 2 est une vue en perspective du roulement de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue de face en élévation de l'ensemble de détection du roulement de la figure 1 ; et -la figure 4 est une vue en perspective du bloc capteur de l'ensemble de détection du roulement de la figure 1. 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 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 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 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 4a, 5a du côté de la rainure 10. Les surfaces radiales frontales 4a et 5a sont sensiblement coplanaires. Du côté opposé, les bagues 4 et 5 peuvent également comprendre chacune une surface radiale frontale, ces surfaces étant sensiblement coplanaires. La bague .5 comprend un alésage cylindrique 5c et la bague 4 comprend une surface extérieure axiale cylindrique 4c. 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 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 1la disposée entre une branche axiale de grand diamètre l lb et 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 Il b. La branche axiale de grand diamètre llb est pourvue à son extrémité libre, sur sa surface extérieure, d'un bourrelet lld, discontinu ou de préférence continu, en saillie dans la rainure 11 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 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 11 a du bloc capteur 11. La carte de circuit imprimé 13 supporte au moins un élément 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 connecteur 12. L'élément de positionnement 15 est en saillie radialement par rapport à la portion radiale lia 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 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 façon traversante à travers la portion radiale 1la 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 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 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 1 1 a du bloc capteur 11 pour présenter une concavité permettant l'insertion d'une fiche électrique. Les broches 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 l la et les trous 18 ménagés dans la carte de circuit imprimé 13 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 côté. La partie isolante du connecteur 19 et la carte de circuit imprimé sont donc maintenues axialement en contact avec ladite portion radiale 1la qui forme une cloison de séparation. En outre, un élément codeur 22 est fixé sur la bague intérieure 5. Plus précisément, l'élément codeur 22 comprend un support 23, par exemple une coupelle en tôle à section en L emmanchée sur une surface extérieure radiale de la bague extérieure 5, du côté de l'ensemble de détection 3. Le support 23 comprend une portion axiale emmanchée et une portion radiale dirigée vers l'extérieur à partir de la portion axiale. L'élément codeur 22 se complète par une partie active 24 fixée, par exemple par surmoulage, sur la portion radiale du support 23. La partie active 24 peut se présenter sous la forme d'un anneau multipolaire, par exemple en plasto-ferrite. La partie active 24 est légèrement en saillie axiale par rapport à la bague intérieure 5 et est radialement disposée dans l'espace délimité par les portions axiales de grand diamètre llb et de petit diamètre llc du bloc capteur 11. La partie active 24 est séparée du capteur 14 par un faible entrefer axial. Le codeur 22 laisse libre la face radiale 5c de la bague 5. A titre de variante, on pourrait prévoir un entrefer radial avec un capteur 14 disposé à l'intérieur ou à l'extérieur de la partie active 24. Comme on le voit sur la figure 3, la carte de circuit imprimé 13 occupe un secteur angulaire limité de l'espace annulaire défini par le bloc capteur 11. Il est souhaitable de guider la carte de circuit imprimé 13 angulairement par rapport au bloc capteur 11 lors du montage. Le bloc capteur 11 comprend une pluralité de nervures 25 en saillie radialement par rapport à la face interne de la portion radiale lla, en d'autres termes en saillie en direction du roulement 2. Les nervures 25 peuvent présenter des portions en arc de cercle et/ou des portions radiales ou encore obliques. Les nervures 25 laissent subsister un seul espace angulaire suffisant pour y loger la carte de circuit intégré 13. Dans l'exemple illustré aux figures 3 et 4, les nervures 25 se raccordent par de courtes portions radiales à la portion axiale de petit diamètre llc qu'elles contribuent ainsi à rigidifier. Les nervures 25 permettent également d'accroître la rigidité de la portion radiale 11a. Les nervures 25 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. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, les nervures 25 sont au nombre de trois et laissent subsister entre elles deux petits secteurs angulaires insuffisants pour recevoir la carte de circuit intégré 13 et un secteur angulaire plus important légèrement supérieur à celui nécessaire à la carte de circuit imprimé 13. Le positionnement angulaire de la carte de circuit imprimé 13, qu'il soit effectué de façon automatique ou manuelle, s'en trouve simplifié. Par ailleurs, le bloc capteur 11 comprend deux ergots 26 et 27, en saillie radiale respectivement vers l'extérieur et vers l'intérieur à partir de la portion axiale de petit diamètre l l c et de la portion axiale de grand diamètre Il b. Les ergots 26 et 27 se présentent sous la forme d'un bossage arrondi en légère saillie et réduisent ainsi de façon ponctuelle l'espace radial disponible pour l'insertion de la carte de circuit imprimé 13. En effet, les ergots 26 et 27 sont disposés l'un en face de l'autre dans le secteur angulaire prévu pour recevoir la carte de circuit imprimé 13. Les ergots 26 et 27 s'étendent axialement sur une partie de la longueur axiale des portions axiales llb et l lc. Pour favoriser une certaine élasticité radiale desdites portions axiales 11b et llc aux droits des ergots 26 et 27, deux ouvertures locales 28 en forme d'arc de cercle ou d'accent circonflexe sont ménagées dans la portion radiale lla, angulairement au niveau des ergots 26 et 27. Localement, les portions axiales 1 l b et l 1 c présentent ainsi une élasticité radiale nettement plus élevée, ce qui permet aux ergots 26 et 27 de s'écarter légèrement lors du passage de la carte du circuit imprimé 13 par un mouvement axial lors de son montage, puis de reprendre leur position d'origine, assurant ainsi un maintien de la carte de circuit imprimé 13 lors de son montage et avant la soudure. 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 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 11 a 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 indémontable et présente un risque de perte de pièce particulièrement faible. Comme on peut le remarquer sur les figures 3 et 4, le trou 17 perrnettant le passage des broches 20 à travers la portion radiale 1 l a est décalé angulairement par rapport aux ergots 26 et 27 et par rapport aux ouvertures 28, ce qui permet, d'une part, d'éviter un affaiblissement trop prononcé du bloc capteur 11 qui serait provoqué par une proximité excessive du perçage 17 et des ouvertures 28 qui sont tous ménagés dans la paroi radiale 11 a et, d'autre part, d'assurer une retenue efficace de la carte de circuit intégré 13 qui présente une certaine dimension angulaire et qui est retenue axialernent à une extrémité par les soudures 21, et à l'autre extrémité par les ergots 26 et 27. On évite ainsi que des efforts de torsion excessifs ne soient appliqués à la carte de circuit imprimé 13. 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 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. Grâce à l'invention, on peut utiliser des connecteurs standards fabriqués en très grande série et donc à faible coût. La carte de circuit imprimé peut 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 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 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 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 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 11 a du bloc capteur 11 sur 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 capteurs et l'anneau codeur, de telles variations d'entrefer étant susceptibles d'affecter la fiabilité des mesures. En outre, les capteurs REVENDICATIONS 1-Dispositif de roulement instrumenté (1) comprenant une bague tournante (5) et une bague non tournante (4) concentriques, munies chacune d'un chemin de roulement, une rangée d'éléments roulants (6) disposés entre les chemins de roulement, et un ensemble de détection (3) muni d'un bloc capteur (1 1 ), caractérisé par le fait que l'ensemble de détection (3) comprend un connecteur rapporté (12) muni de broches (20) et d'une face arrière en contact avec une première face du bloc capteur (11), et une carte de circuit imprimé (13) en contact avec une deuxième face du bloc capteur (11) opposée à la première, les broches (20) du connecteur traversant des orifices ménagés dans la carte de circuit imprimé (13) et dans le bloc capteur (11) entre les première et deuxième faces, des points de soudure (21) assurant la liaison axiale entre le connecteur (12) et la carte de circuit imprimé (13) en maintenant en contact axial le connecteur, le bloc capteur et la carte de circuit imprimé. 2-Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le bloc capteur (11) comprend une cloison (11a) disposée entre le connecteur et la carte de circuit imprimé. 3-Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la carte de circuit imprimé (13) est en contact avec une face radiale interne de la cloison (lla). 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la carte de circuit imprimé (13) supporte au moins un capteur (14) destiné à coopérer avec un élément codeur fixé à la bague tournante. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bloc capteur (il) comprend une portion annulaire radiale (1 1 a), une portion annulaire axiale externe (1 lb) et une portion annulaire axiale interne (11c), la portion annulaire radiale étant disposée entre les portions annulaires axiales externe et interne. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bloc capteur (11) comprend au moins un élément de positionnement (15) du connecteur, ledit élément de positionnement étant disposé sur la première face du bloc capteur. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre extérieur du bloc capteur (11) est inférieur au grand diamètre de la face latérale radiale de la bague (4) supportant le bloc capteur. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bloc capteur (11) comprend au moins un ergot (26) de retenue de la carte de circuit imprimé, ledit ergot étant issu d'une paroi interne du bloc capteur et s'étendant radialement pour venir en contact avec la carte de circuit imprimé. 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une ouverture (28) est ménagée dans une paroi du bloc capteur pour accroître la souplesse radiale du bloc capteur. 10-Procédé de montage de roulement instrumenté comprenant une bague tournante et une bague non tournante, concentriques munies chacune d'un chemin de roulement, une rangée d'éléments roulants disposés entre les chemins de roulement, et un ensemble de détection muni d'un bloc capteur, dans lequel : - on rapporte un connecteur muni de broches, les broches du connecteur traversant des orifices ménagés dans le bloc capteur entre deux faces opposées du bloc capteur, une face arrière du connecteur étant en contact avec une première face du bloc capteur,on rapporte une carte de circuit imprimé en contact avec une deuxième face du bloc capteur, les broches du connecteur traversant des orifices ménagés dans la carte de circuit imprimé, on lie axialement le connecteur et la carte de circuit imprimé par des points de soudure en maintenant en contact axial le connecteur, le bloc capteur et la carte de circuit imprimé.