Brevet FR2910944A1 — publié le 20080704

BUTÉE DE SUSPENSION A ROULEMENT, CAGE DE ROULEMENT ET GARNITURE D'ÉTANCHÉITÉ DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention a trait aux butées de suspension de véhicule, et en particulier aux butées de suspension destinées à être interposées entre un ressort de suspension à boudin et la caisse d'un véhicule. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Sur la figure 1 est représentée une butée de suspension 10 connue de l'état de la technique. Cette butée est constituée d'un appui inférieur 12 pourvu d'un épaulement 14 sur lequel vient en appui la spire terminale d'un ressort à boudin non représenté, d'un appui supérieur 16 solidaire de la superstructure du véhicule et d'un palier à roulement 18 interposé entre appui inférieur 12 et appui supérieur 16 et définissant un axe de rotation Z de la butée. Le palier à roulement est constitué d'une rondelle inférieure 20 reposant sur l'appui inférieur 12, d'une rondelle supérieure 22 reposant sur l'appui supérieur 16 et de corps roulants 24 dont le guidage est assuré par une cage 26. L'espace entre les rondelles 20, 22 est de préférence rempli de graisse pour la lubrification du roulement. La fonction essentielle de la butée 10 est de transmettre les efforts du ressort à la caisse du véhicule, tout en offrant un degré de liberté de rotation à la spire terminale du ressort autour de l'axe de rotation du roulement. Une telle butée est toutefois placée dans un environnement hostile, et soumise notamment à des projections de boues qui peuvent rapidement endommager le roulement, de sorte qu'il est nécessaire de prévoir des moyens de protection du roulement. Pour ce faire, l'appui supérieur 16 forme un capot délimitant avec l'appui inférieur un logement 28 confiné de protection du roulement. Ce capot 16 est notamment pourvu d'une jupe 30 qui fait face à l'appui inférieur pour délimiter un étroit passage annulaire 32, de préférence en forme de labyrinthe, constituant une perte de charge annulaire sur le pourtour radialement extérieur de la butée. Pour renforcer la protection du roulement contre les projections, on prévoit en outre au moins sur le pourtour radial extérieur et éventuellement sur le pourtour radial intérieur des garnitures d'étanchéité 34, 36 constituées par des lèvres en matériau élastomère, caoutchouc ou thermoplastique élastique. Toutefois, une telle solution introduit un frottement de contact important qui se traduit un couple résistant s'opposant à la rotation de la butée. De plus, les lèvres elles-mêmes se trouvent soumises à des agressions extérieures sévères, qui provoquent une usure prématurée, déclenchant des décollements et des pertes d'étanchéité. [0003] Dans le document US 4,175,770 est par ailleurs décrite une butée de suspension comportant un roulement à aiguilles disposé entre un appui inférieur annulaire sur lequel s'appuie la spire supérieure d'un ressort à boudin et un appui supérieur solidaire de la caisse du véhicule. Le roulement à aiguilles est constitué par une rondelle supérieure et une rondelle inférieure formant des chemins de roulement plans sur lesquels roulent des aiguilles maintenues les unes par rapport aux autres par une cage. La cage est pourvue à sa périphérie radiale extérieure, d'un anneau de fiction et d'une paire de lèvres annulaires supérieure et inférieure, venant frotter sur les rondelles supérieure et inférieure. De même, à la cage est prolongée, à sa périphérie radiale intérieure, par un anneau de friction et une lèvre de contact. La cage introduit un couple de frottement important lors de la rotation de la butée, couple qui est difficile à maîtriser dans le temps du fait de l'usure et du vieillissement des matériaux. De plus, les lèvres destinées à protéger le roulement des intrusions extérieures, sont directement exposées aux projections, donc très vulnérables. [0004] On connaît par ailleurs de manière générale des roulements sans application spécifique, dont la cage est constituée par un lubrifiant solide, comme décrit dans le document US 6,228,813. EXPOSE DE L'INVENTION [0005] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer des moyens de protection de la butée contre les projections qui aient une bonne tenue dans le temps et minimise le couple résistant. [0006] A cet effet, et suivant un premier aspect de l'invention, celle-ci a pour objet une butée pour transmettre les efforts d'un ressort de suspension à une caisse de véhicule, la butée comportant : - un roulement définissant un axe de révolution de la butée et comportant : - une rondelle supérieure, - une rondelle inférieure, - des corps roulants au contact rondelles supérieure 20 et inférieure et - une cage de guidage des corps roulants ; - un appui inférieur pour transmettre à la rondelle inférieure les efforts du ressort ; et - un appui supérieur pour transmettre à la caisse du 25 véhicule les efforts exercés par la rondelle supérieure, la cage comportant en outre au moins une première lèvre élastique annulaire supérieure d'étanchéité disposée radialement à l'extérieur des corps roulants et dont une 30 paroi de contact est en appui contre la rondelle supérieure ou l'appui supérieur et une première lèvre élastique annulaire inférieure d'étanchéité disposée radialement à l'extérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle inférieure ou l'appui inférieur, les parois de contact des premières lèvres supérieure et inférieure étant constituées dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. [0007] Les deux lèvres inférieure et supérieure assurent une protection efficace du roulement sur son pourtour radial extérieur, le plus exposé aux projections. Le lubrifiant emprisonné dans la matrice polymère assure une lubrification contrôlée des corps roulants et des pistes de roulement, mais également des surfaces de contact des lèvres d'étanchéité, limitant leur l'usure et permettant une réduction notable du frottement. [0008] Selon un mode de réalisation avantageux, les premières lèvres ont chacune une extrémité libre dirigée vers radialement vers l'extérieur. Cette orientation permet d'éviter l'intrusion de polluant venant de l'extérieur du roulement. Il est à souligner que dans une butée pourvu d'un roulement classique lubrifié par de la graisse, une telle orientation serait en théorie susceptible de favoriser les fuites de lubrifiant de l'intérieur du roulement vers l'extérieur, mais que ce problème ne se pose pas dès lors que la lubrification est assurée par le lubrifiant emprisonné dans la matrice polymère de la cage. [0009] Préférentiellement, la cage comporte en outre une deuxième lèvre élastique annulaire supérieure d'étanchéité disposée radialement à l'intérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle supérieure ou l'appui supérieur, ainsi qu'une deuxième lèvre élastique annulaire inférieure d'étanchéité disposée radialement à l'intérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle inférieure ou l'appui inférieur, les parois de contact des deuxièmes lèvres supérieure et inférieure étant constituées dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. On assure ainsi une étanchéité sur le pourtour radial intérieur du roulement. Avantageusement, on peut prévoir que les deuxièmes lèvres aient chacune une extrémité libre dirigée vers radialement vers l'intérieur, cette orientation s'opposant à la pénétration de polluants extérieurs. [0010] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, au moins une des lèvres comporte un renfort en caoutchouc ou en matériau élastomère, disposé de préférence sur une face postérieure de la lèvre opposée à la face de contact. Ce renfort élastique permet de conférer à la lèvre une élasticité durable et de suppléer aux propriétés élastiques éventuellement non optimales du matériau constitutif de la cage. [0011] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'appui supérieur forme un capot délimitant avec l'appui inférieur un logement pour le roulement, et est pourvu d'une jupe délimitant avec l'appui inférieur un passage annulaire constituant une perte de charge entre le logement et l'extérieur, les premières lèvres étant situées entre les corps roulants et la perte de charge. Les lèvres se trouvent ainsi relativement protégées des agressions extérieures et constituent une barrière ultime s'opposant à la pénétration des polluant ayant réussi à franchir la perte de charge. [0012] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la cage tout entière est constituée dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. On profite ainsi des caractéristiques lubrificatrices du matériau non seulement pour les lèvres d'étanchéité, mais également pour la lubrification des corps roulants. [0013] L'invention se rapporte également à une cage de roulement comportant au moins une lèvre d'étanchéité annulaire supérieure et une lèvre d'étanchéité annulaire inférieure, la cage étant constituée par une structure polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné, dont l'une au moins des lèvres comporte de préférence un renfort en caoutchouc ou en matériau élastomère, de préférence déposé sur une face de la lèvre. [0014] Enfin, l'invention se rapporte également à une garniture d'étanchéité comportant lèvre d'étanchéité constituée dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné, et un renfort constitué par une languette en caoutchouc ou en matériau élastomère. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1, discutée précédemment, illustre une butée de suspension de l'état de la technique ; - la figure 2 illustre une butée de suspension selon un 25 premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre une butée de suspension selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 illustre une butée de suspension selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 illustre une butée de suspension selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. [0016] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence 5 identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0017] En référence à la figure 2, une butée de suspension 10 selon l'invention est constituée d'un appui inférieur 12 pourvu d'un épaulement 14 sur lequel vient en appui la spire 10 terminale d'un ressort à boudin non représenté, d'un appui supérieur 16 solidaire de la caisse du véhicule et d'un palier à roulement 18 interposé entre appui inférieur 12 et appui supérieur 16 et définissant un axe de rotation Z de la butée. Le palier à roulement est constitué d'une rondelle 15 inférieure 20 reposant sur l'appui inférieur 12, d'une rondelle supérieure 22 reposant sur l'appui supérieur 16 et de corps roulants 24 dont le guidage est assuré par une cage 26. Les corps roulants 24 sont des billes, en contact oblique sur les chemins de roulement formés par les rondelles pour 20 assurer une bonne reprise des efforts radiaux et axiaux induits par le ressort. [0018] De manière connue en soi, la cage comporte des barrettes (visibles en traits interrompus sur la figure) intercalées entre les corps roulants 24. De plus, la cage est 25 pourvue à sa périphérie radiale extérieure d'une lèvre inférieure 262 en appui sensiblement plan contre la rondelle inférieure 20 et d'une lèvre supérieure 264 en appui sensiblement conique contre la rondelle supérieure. De manière similaire, la cage est pourvue à sa périphérie 30 radiale intérieure d'une lèvre inférieure 266 en appui contre la rondelle inférieure 20 et d'une lèvre supérieure 268 en appui contre la rondelle supérieure 22. L'appui supérieur 16 forme un capot de protection du roulement délimitant avec l'appui inférieur un logement 28 pour le roulement. Ce capot 16 est notamment pourvu à sa périphérie radiale extérieure d'une jupe 30 qui fait face à une paroi correspondante de l'appui inférieur pour délimiter un étroit passage annulaire 32, de préférence en forme de labyrinthe, constituant une perte de charge annulaire sur le pourtour radialement extérieur de la butée. [0019] La cage du roulement est constituée par une matrice polymère poreuse dans laquelle est emprisonné un lubrifiant. La matrice est réalisée à base d'un polymère thermoplastique ou thermodurcissable auquel est mélangée une grande quantité de lubrifiant. Le mélange est ensuite introduit, par exemple par injection ou par centrifugation, dans un moule dans lequel ont été préalablement disposées des formes correspondant aux emplacements réservés pour les corps roulants 24, en prenant contre du rétreint de la matrice lors de son refroidissement. Le mélange est ensuite réticulé, par exemple par chauffage, pour assurer sa rigidification. Le moule confère à la cage rigidifiée sa forme, et permet notamment de conformer les lèvres 262, 264, 266, 268. On obtient ainsi une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels le lubrifiant se trouve emprisonné. Le polymère peut par exemple être à base de polyéthylène et le lubrifiant être une huile, une graisse ou un mélange d'une huile et d'une graisse. La cage rigidifiée équipée des corps roulants est ensuite introduite entre les rondelles 20, 22 pour constituer le roulement 18. Durant cette phase de montage, les extrémités libres des lèvres subissent une légère déformation dans leur limite élastique, pour assurer une pression de contact avec les rondelles. Lors du fonctionnement du roulement, la matrice poreuse permet d'alimenter continûment en lubrifiant l'interface entre les corps roulants 24 et les rondelles 20, 22, et entre les lèvres 262, 264, 266, 268 et les rondelles 20, 22. [0020] Les caractéristiques élastiques du matériau constitutif de la cage n'étant pas optimales pour constituer des lèvres d'étanchéité, des renforts 40 en caoutchouc ou en matériau élastomère sont déposés en fine couche sur des parois des lèvres non exposées au contact avec les rondelles ou les appuis. [0021] Du fait de leur caractéristique élastique renforcée, les lèvres sont aptes à assurer une étanchéité de bonne qualité au contact des rondelles du roulement. L'intrusion de boues ou autres polluant venant de l'extérieur est tout d'abord entravée par les pertes de charge 32, 36. Les lèvres constituent une deuxième barrière à l'entrée du roulement. [0022] La butée de suspension représentée sur la figure 3 ne diffère de la précédente que par la forme de la périphérie radiale extérieure de la cage, qui s'étend de manière à constituer une lèvre inférieure 262 en contact plan avec l'appui inférieur 12 et une lèvre supérieure 264 en contact avec conique l'appui supérieur 16. [0023] La butée de suspension représentée sur la figure 4 diffère également des précédentes par la forme de la périphérie radiale extérieure de la cage, qui s'étend de manière à constituer une lèvre inférieure 262 en contact cylindrique avec l'appui inférieur 12 et une lèvre supérieure 264 en contact conique avec conique l'appui supérieur 16. Les lèvres extérieures 262, 264 ont leur extrémité libre dirigée radialement vers l'extérieur. [0024] Naturellement, des variations de formes sont également possibles pour les lèvres 266, 268 situées à la 30 périphérie radiale intérieure de la cage. [0025] Sur la figure 5 est représentée une butée de suspension pourvue d'une garniture d'étanchéité constituant un cinquième mode de réalisation de l'invention. Cette butée est constituée d'un appui inférieur 12 d'un appui supérieur 16 solidaire de la superstructure du véhicule et d'un palier à roulement 18 interposé entre appui inférieur 12 et appui supérieur 16 et définissant un axe de rotation Z de la butée. Le palier à roulement est constitué comme dans les modes de réalisation précédents d'une rondelle inférieure 20 reposant sur l'appui inférieur 12, d'une rondelle supérieure 22 reposant sur l'appui supérieur 16 et de corps roulants 24 dont le guidage est assuré par une cage 26, préférentiellement constituée dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. Pour renforcer la protection du roulement contre les projections, on prévoit en outre dans ce mode de réalisation au moins sur le pourtour radial extérieur et éventuellement sur le pourtour radial intérieur des garnitures d'étanchéité 34, 36 formées par des lèvres élastiques. Selon ce mode de réalisation, les lèvres 34, 36 sont constituées dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. Chaque lèvre est en outre pourvue d'un renfort 40 constitué par une languette en caoutchouc ou en matériau élastomère disposé sur une paroi de la lèvre opposée à la paroi de contact. REVENDICATIONS 1. Butée pour transmettre les efforts d'un ressort de suspension à une caisse de véhicule, la butée comportant : - un roulement (18) définissant un axe de révolution (Z) de la butée et comportant : - une rondelle supérieure (22), - une rondelle inférieure (20), - des corps roulants (24) au contact des rondelles supérieure et inférieure et - une cage (26) de guidage des corps roulants ; - un appui inférieur (12) pour transmettre à la rondelle inférieure (20) les efforts du ressort ; et - un appui supérieur (16) pour transmettre à la caisse du véhicule les efforts exercés par la rondelle supérieure (22) 20 la cage (26) comportant au moins une première lèvre élastique annulaire supérieure d'étanchéité (264) disposée radialement à l'extérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle supérieure (22) ou l'appui supérieur (16) et une première 25 lèvre élastique annulaire inférieure d'étanchéité (262) disposée radialement à l'extérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle inférieure (20) ou l'appui inférieur (12), les parois de contact des premières lèvres supérieure et inférieure 30 étant constituées dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. 15 2. Butée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premières lèvres (262, 264) ont chacune une extrémité libre dirigée radialement vers l'extérieur. 3. Butée selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la cage (26) comporte en outre une deuxième lèvre élastique annulaire supérieure d'étanchéité (268) disposée radialement à l'intérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle supérieure (22) ou l'appui supérieur (16) et une deuxième lèvre élastique annulaire inférieure d'étanchéité (266) disposée radialement à l'intérieur des corps roulants et dont une paroi de contact est en appui contre la rondelle inférieure (20) ou l'appui inférieur (12), les parois de contact des deuxièmes lèvres supérieure et inférieure étant constituées dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. 4. Butée selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deuxièmes lèvres (266, 268) ont chacune une extrémité libre dirigée vers radialement vers l'intérieur. 5. Butée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une des lèvres comporte un renfort (40) en caoutchouc ou en matériau élastomère disposé sur une paroi de la lèvre sans contact avec les rondelles et les appuis. 6. Butée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'appui supérieur (16) forme un capot délimitant avec l'appui inférieur un logement (28) pour le roulement, et est pourvu d'une jupe (30) délimitant avec l'appui inférieur (12) un passage annulaire (32) constituant une perte de charge entre lelogement (28) et l'extérieur, les premières lèvres (262, 264) étant situées entre les corps roulants (24) et le passage annulaire (32). 7. Butée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cage est constituée dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. 8. Cage (26) de roulement comportant au moins une lèvre d'étanchéité annulaire supérieure (262, 266) et une lèvre d'étanchéité annulaire inférieure (264, 268), la cage étant constituée par une structure polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. 9. Cage de roulement selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'une au moins des lèvres (262, 264, 266, 268) est pourvue d'un renfort (40) en caoutchouc ou en matériau élastomère disposé sur une paroi de la lèvre sans contact avec les rondelles et les appuis. 10. Garniture d'étanchéité comportant lèvre d'étanchéité constituée dans un matériau formé d'une matrice polymère solide comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné, et un renfort constitué par une languette en caoutchouc ou en matériau élastomère.30