Brevet FR2933460A1 — publié le 20100108

Dispositif de poulie débrayable. La présente invention concerne le domaine des roues libres. Plus particulièrement, la présente invention concerne le 5 domaine des poulies débrayables équipées de roues libres utilisées par exemple dans les poulies d'entraînement des alternateurs dans un véhicule automobile. De telles poulies débrayables sont connues en elles-mêmes et sont de plus en plus utilisées pour remédier aux effets néfastes des 10 acyclismes ou décélérations soudaines du moteur qui surviennent dans les moteurs à explosion, en particulier à bas régime et surtout dans les moteurs Diesel. En effet, une courroie d'entraînement, qui est reliée au moteur par l'intermédiaire d'une poulie de vilebrequin, peut décélérer 15 brutalement alors qu'une poulie menée, par exemple une poulie de l'alternateur, a tendance, par inertie, à continuer à tourner à la même vitesse. Dans le cas d'un accouplement rigide entre la poulie de vilebrequin et l'arbre d'alternateur, la courroie est soumise à des 20 contraintes très importantes lors de ces variations de vitesse instantanées. De telles variations génèrent des effets néfastes tels qu'une fatigue anormale de la courroie avec des risques de rupture, un glissement de celle-ci sur la poulie, ou encore une vibration des brins 25 de courroie entre les poulies. Afin d'atténuer ces phénomènes, il a été incorporé, entre la poulie menée et l'arbre mené, une roue libre qui permet de désaccoupler temporairement la poulie de l'arbre en cas de décélération brutale de ladite poulie. On connaît, par le document JP-A-2007278364, une poulie débrayable comportant un roulement pour le montage à rotation de la poulie sur un arbre intérieur de transmission et une roue libre à ressort. Afin d'éviter une usure prématurée entre le ressort et un chemin de glissement de la poulie avec lequel il coopère, un revêtement carbone apparenté au diamant est prévu à la fois sur le ressort et le chemin de glissement de la poulie. On connaît également des poulies débrayables du type comportant deux roulements disposés de chaque côté de la poulie, et 10 une roue libre montée entre les deux roulements et pourvue d'une pluralité de cames de coincement. Avec de telles poulies débrayables, lors d'un fonctionnement en roue libre, il se produit un glissement entre les cames de coincement et un chemin intérieur sur lequel portent lesdites cames. Si 15 cette zone de contact est mal lubrifiée, il peut alors se produire une usure prématurée des cames avec une formation de plats sur celles-ci, ce qui peut conduire à des dysfonctionnements de la roue libre, et plus généralement de la poulie. Or, du fait de la rotation du chemin intérieur, la. graisse a 20 tendance à être centrifugée en dehors dudit chemin et le contact de glissement entre les cames et le chemin intérieur risque de se faire dans de mauvaises conditions de lubrification. La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient. 25 La présente invention a notamment pour but de prévoir une poulie débrayable de conception simple, qui comprend des composants économiques à fabriquer et à assembler, et présentant une bonne sûreté de fonctionnement. Le dispositif de poulie débrayable comprend un élément intérieur de transmission, une poulie montée sur l'élément intérieur de transmission, et au moins une roue libre pourvue d'une pluralité d'éléments de coincement montés entre un chemin de glissement de la poulie et un chemin de glissement de l'élément intérieur de transmission, ladite roue libre étant destinée à assurer un embrayage unidirectionnel entre la poulie et l'élément intérieur de transmission. Selon une caractéristique générale, le chemin de glissement de l'élément intérieur de transmission comporte un revêtement présentant, sous charge de 0,05 kg, une dureté Vickers comprise entre 1500 et 3000 Hv, et une épaisseur comprise entre un et cinq �m. Le revêtement présente avantageusement un coefficient de frottement avec l'acier supérieur ou égal à 0,2. Dans un mode de réalisation, le revêtement comprend du carbone amorphe apparenté au diamant. En variante, le revêtement peut comprendre du nitride de chrome ou encore du nitride de titane. Dans un mode de réalisation, le revêtement est disposé directement sur le chemin de glissement. Alternativement, le chemin de glissement comporte au moins une couche intermédiaire entre celui- ci et le revêtement. La couche intermédiaire peut comporter du titane ou du tungstène. Les éléments de coincement peuvent également comporter au moins en partie un revêtement identique à celui de l'élément intérieur de transmission. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une cage pour les éléments de coincement et au moins un élément de rappel élastique tendant à maintenir lesdits éléments de coincement en contact avec les chemins de glissement lors d'une position embrayée et lors d'une position débrayée de la roue libre. Le revêtement est avantageusement prévu sur le chemin de glissement sur une zone radialement en regard de fenêtres de la cage prévues pour le maintien des éléments de coincement. Cette zone présente une dimension axiale sensiblement égale à celle desdites 5 fenêtres. Avantageusement, la poulie comprend une seule cage pour les éléments de coincement. De préférence, la cage est monobloc. Dans un mode de réalisation, au moins un élément de rappel élastique est disposé entre chaque élément de coincement et la cage. 10 De préférence, l'élément de rappel élastique est disposé radialement entre la cage et l'élément intérieur de transmission. Dans un mode de réalisation, la roue libre comprend des cames engageantes. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins 15 un roulement, et de préférence deux, la roue libre étant disposée axialement entre les deux roulements. Le dispositif de poulie débrayable peut être monté sur un arbre d'alternateur en vue de l'entraînement dudit alternateur. La poulie peut être montée sur un arbre central notamment par l'intermédiaire 20 d'une roue libre. L'arbre d'entraînement peut être monté sur l'arbre de l'alternateur. Une courroie d'entraînement entraînée par le moteur peut venir porter sur une périphérie de la poulie. Grâce à la roue libre, la poulie entraîne l'arbre central lorsque le moteur accélère ou est en régime sensiblement continu ou bien 25 décélère très lentement. En cas de ralentissement brutal du moteur et donc de la poulie, l'axe central du dispositif de poulie débrayable peut continuer à tourner plus rapidement que la poulie proprement dite grâce à la roue libre, épargnant ainsi des contraintes excessives à la courroie d'entraînement. Grâce au dispositif de poulie, on tend à maintenir les éléments de coincement en contact permanent avec les chemins de glissement lors d'une position embrayée et lors d'une position débrayée de la roue libre, ce qui permet notamment de passer de manière quasiment instantanée d'une position en roue libre à une position en prise de couple, et inversement. Ceci est particulièrement avantageux pour une application sur un alternateur dans laquelle les acyclismes se traduisent par des variations extrêmement rapides de la vitesse de rotation du moteur, ce qui nécessite une bonne réactivité du dispositif. L'invention permet également de limiter l'usure des éléments de coincement qui glissent sur la piste extérieure de la poulie parfaitement lubrifiée lors de la rotation du dispositif, et la piste intérieure de l'élément intérieur de transmission recouverte au moins en partie du revêtement présentant, sous charge de 0,05 kg une dureté Vickers comprise entre 1500 et 3000 Hv et une épaisseur comprise entre un et cinq micromètres. En effet, ces deux plages de valeurs permettent d'obtenir de bonnes propriétés de dureté et de résistance à l'usure. En outre, en utilisant un revêtement présentant un coefficient de frottement avec l'acier supérieur ou égal à 0,2, on peut obtenir un fonctionnement dans des conditions de lubrification réduites tout en assurant un passage de manière quasiment instantané d'une position en roue libre à une position en prise de couple, et inversement. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de poulie débrayable selon l'invention ; - la figure 2 est une demi-vue en coupe axiale selon l'axe II-II de la figure 1 ; et - la figure 3 est une perspective du dispositif de poulie débrayable de la figure 1. Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, le dispositif 1 de poulie débrayable comprend une poulie 2, un élément intérieur de transmission 3, par exemple un arbre creux, deux paliers à roulement 4 et 5, ainsi qu'une roue libre 6. La poulie 2, d'axe géométrique 7, présente une surface extérieure pourvue d'une zone rainurée 2a à rainures annulaires et une zone axiale 2b formée à une extrémité axiale de la zone rainurée 2a. La poulie 2 comprend un alésage cylindrique 2c s'étendant sur l'ensemble de la longueur de la poulie 2, à l'exception de chanfreins (non référencés) disposés chacun à une extrémité axiale, et deux surfaces frontales radiales 2d et 2e. L'élément intérieur de transmission 3, qui se présente sous la forme d'un arbre creux, possède une surface extérieure axiale 3a cylindrique sur laquelle est prévu, à chacune des extrémités axiales, un chanfrein (non référencé). L'élément intérieur de transmission 3 présente également un alésage 3b dont une partie 3c comporte un filetage en vue de la fixation sur l'extrémité d'un arbre d'alternateur et de l'entraînement dudit arbre (non représenté). Axialement à l'opposé de l'alésage 3b, l'élément intérieur de transmission 3 comporte intérieurement des cannelures 3d pour le serrage dudit élément sur l'arbre d'alternateur au moyen d'un outil adapté coopérant avec lesdites cannelures. Le roulement 4, coaxial avec l'axe 7, comprend une bague intérieure 8, une bague extérieure 9, entre lesquelles sont logés une rangée d'éléments roulants 10 réalisés ici sous forme de billes, une cage 11 de maintien de l'espace circonférentiel des éléments roulants 10, et un joint d'étanchéité 12. La bague intérieure 8 comprend un alésage 8a de forme cylindrique, emmanché avec la surface extérieure 3a de l'élément intérieur de transmission 3, et délimité par deux surfaces latérales radiales 8b et 8c opposées, et une surface cylindrique extérieure 8d étagée à partir de laquelle est formée une gorge circulaire toroïdale 8e présentant en section droite un profil interne concave apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 10, ladite gorge étant orientée vers l'extérieur. La bague extérieure 9 comprend une surface cylindrique extérieure 9a emmanchée dans l'alésage 2c de la poulie 2 et délimitée par des surfaces frontales 9b et 9c, et un alésage 9d étagé de forme cylindrique à partir duquel est formée une gorge circulaire toroïdale 9e présentant en section droite un profil interne concave apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 10 orienté vers l'intérieur. L'alésage 9d comprend ici deux rainures annulaires (non référencées) symétriques entre elles par rapport à un plan passant par le centre des éléments roulants 10. A l'intérieur de la rainure annulaire située du côté extérieur du roulement 4 est monté le joint d'étanchéité 12 qui vient frotter contre la surface extérieure cylindrique 8d de la bague intérieure 8 pour former étanchéité. Le joint d'étanchéité 12 est disposé radialement entre les bagues intérieure 8 et extérieure 9, et monté axialement entre les éléments roulants 10 et les surfaces radiales 8b et 9b des bagues 8 et 9. Lesdites surfaces affleurent axialement avec la surface frontale radiale 2e de la poulie 2. De manière analogue, le roulement 5, coaxial avec l'axe 7, comprend une bague intérieure 13 emmanché avec la surface extérieure 3a de l'élément intérieur de transmission 3, une bague extérieure 14 emmanchée dans l'alésage 2c de la poulie 2, entre lesquelles sont logés une rangée d'éléments roulants 15 réalisés ici sous forme de billes, une cage 16 de maintien de l'espace circonférentiel des éléments roulants 15, et un joint d'étanchéité 17 métallique. Le roulement 5 est identique au roulement 4, et est disposé de façon symétrique par rapport à celui-ci en considérant un plan radial passant par le centre de la poulie 2. Le roulement 5 est axialement légèrement en retrait par rapport à la surface frontale radiale 2d de la poulie 2. Les roulements 4 et 5 sont donc disposés à chaque extrémité axiale de la poulie 2, la roue libre 6 étant montée axialement entre eux. La roue libre 6 bénéficie ainsi d'une protection contre l'intrusion des éléments étrangers par l'intermédiaire des roulements 4 et 5, et notamment des joints d'étanchéité 12 et 17. La roue libre 6 comprend une pluralité d'éléments de coincement ou cames 19 disposées entre deux chemins de glissement 20 et 21, de forme cylindrique de révolution. Les cames 19 sont de type � engageantes �, c'est-à-dire ayant tendance, sous l'effet des forces centrifuges lors de la rotation de la roue libre, à basculer dans le sens favorisant leur blocage entre les deux chemins de glissement 20 et 21, en vue de faciliter un passage quasi instantané du fonctionnement en roue libre au fonctionnement en prise de couple. Le chemin de glissement 20 est formé directement par l'alésage 2c de la poulie 2. Le chemin de glissement 21 est formé directement par la surface extérieure axiale 3a de l'arbre 3. En d'autres termes, la poulie 2 peut être fabriquée avec une surface intérieure de forme particulièrement simple entièrement axiale à l'exception des chanfreins 2d et 2e d'extrémité. La poulie 2 peut donc être obtenue à faible prix de revient. Cette surface intérieure constitue une portée extérieure ou de grand diamètre pour les cames 19. Du côté opposé, le chemin de glissement 21 est formé sur la surface extérieure 3a de l'arbre 3. Le profil extérieur de révolution de l'arbre 3 possède le même diamètre sur toute sa longueur. La finition peut être effectuée en une seule opération sur une machine de rectification et permet d'obtenir en grande série et à faible coût le chemin de glissement 21 de petit diamètre, ou portée intérieure, pour les cames 19 de la roue libre 6. La roue libre 6 comprend également une cage 22 de forme générale annulaire pouvant être réalisée dans une matière métallique, notamment en acier, ou encore à partir d'une matière synthétique tel que du polyamide. La cage 22 comprend une portion axiale 23 et deux portions radiales 24, 25. La portion radiale 24 prolonge radialement vers l'extérieur une extrémité axiale de la portion axiale 23 située au voisinage du roulement 4, tandis que la portion radiale 25 prolonge radialement vers l'intérieur une extrémité axiale de la portion axiale 23 située au voisinage du roulement 5. Les extrémités libres des portions radiales 24 et 25 restent à distance de l'alésage 2c de la poulie 2 et de la surface extérieure 3a de l'élément intérieur de transmission 3, respectivement. La cage 22 comprend également une pluralité de fenêtres 26 ménagées dans la portion axiale 23 et formant un logement pour les cames 19. Les fenêtres 26 sont régulièrement espacées l'une par rapport à l'autre dans le sens circonférentiel. La cage 22 permet un maintien circonférentiel des cames 19 à espacement régulier. Elle peut être réalisée dans une matière métallique, notamment en acier, ou encore à partir d'une matière synthétique tel que du polyamide. La roue libre 6 comporte en outre un ressort 27 qui est réalisé sous la forme d'une bande métallique annulaire enroulée sur elle-même et raccordée bout à bout ou avec recouvrement partiel. Le ressort 27 est monté à l'intérieur de la cage 22, et plus particulièrement disposé radialement entre la surface extérieure 3a de l'élément de transmission 3 et la portion axiale 23 de la cage 22. Le ressort 27 est situé axialement entre les portions radiales 24 et 25 de la cage 22. Le ressort 27 comporte également des alvéoles ou fenêtres 28 qui correspondent à celles de la cage 22 pour pouvoir monter les cames 19. Ainsi, les fenêtres 28 sont circonférentiellement régulièrement espacées. Le ressort 27 est encore pourvu d'au moins un élément de rappel 29 élastique par came 19 réalisé sous la forme d'une languette issue du bord d'une fenêtre et prévu pour appuyer sur une surface ménagée à cet effet sur la came 19 associée afin d'exercer un couple de basculement tendant à maintenir les cames 19 en contact avec les chemins de glissement 20 et 21. Dans une position statique, les éléments de rappel 29 exercent un effort dirigé radialement vers la poulie 2. En variante, on pourrait utiliser un élément de rappel individuel associé à chaque came pour exercer un effort tendant à maintenir un contact permanent avec les chemins de glissement 20 et 21. Il serait par exemple possible de monter pour chacune des cames 19 un ressort de rappel élastique disposé entre la came 19 et la cage 22. Pour limiter l'usure entre les cames 19 et le chemin de glissement 21 de l'élément intérieur de transmission 3, celui-ci comporte un revêtement 30. Le revêtement 30 présente une épaisseur comprise entre 1 et 5�m, et une dureté Vickers, sous une charge de 0,05 kg, comprise entre 1500 et 3000 Hv. De telles plages de valeurs du revêtement 30 permettent d'obtenir à la fois de bonnes propriétés de dureté et de résistance à l'usure pour le chemin de glissement 21. Avantageusement, le coefficient de frottement du revêtement 30 avec l'acier est supérieur ou égal à 0,2 de façon à limiter le frottement entre le chemin de glissement 21 et les cames, et permettre un fonctionnement dans des conditions de lubrification réduites. Dans un mode de réalisation, le revêtement 30 comprend du carbone amorphe apparenté au diamant. Le carbone amorphe apparenté au diamant est connu internationalement sous la désignation DLC. Les revêtements DLC offrent de nombreux avantages parmi lesquels nous citerons en particulier leurs propriétés auto-lubrifiantes, leur résistance à l'usure abrasive, adhésive et corrosive. En variante, le revêtement 30 peut comprendre du nitride de chrome, ou encore du nitride de titane. Le revêtement 30 est déposé sur le chemin de glissement 21 de l'élément intérieur de transmission 3 sous la forme d'une couche dure. Le revêtement 30 peut être déposé, de manière connue en soi, par des techniques industrielles conventionnelles, telles que des dépôts sous vide ou des dépôts en phase vapeur. Le revêtement 30 peut être déposé directement sur le chemin de glissement 21 formant alors substrat et par exemple être réalisé en acier 10006. A titre d'alternative, le revêtement 30 peut être déposé sur une ou plusieurs couches intermédiaires déposées au préalable sur le chemin de glissement 21. De telles couches intermédiaires peuvent par exemple comporter du titane ou du tungstène. Le revêtement 30 est déposé sur le chemin de glissement 21 de l'élément intérieur de transmission 3 de manière à recouvrir la portée axiale du chemin destiné à coopérer avec les cames 19. Le revêtement 30 est prévu sur le chemin de glissement 21 radialement en regard des fenêtres 26 et 28, sur une zone axiale sensiblement égale à celle desdites fenêtres et continue dans le sens circonférentiel. On réduit ainsi la quantité de revêtement à déposer. De façon à limiter encore le risque d'usure prématurée, il est également possible de prévoir, de manière additionnelle, de déposer sur les cames 19 un revêtement identique au revêtement 30 de manière à les recouvrir entièrement, ou au moins en partie sur la portion coopérant avec le chemin de glissement 21. Le mode de fonctionnement de la roue libre 6 est le suivant. Lors d'un régime stabilisé ou lors d'une accélération de la poulie 2, les cames 19 ont tendance, sous l'effet des forces centrifuges et par contact avec les chemins de glissement 20 et 21, à basculer dans un premier sens qui permet d'obtenir par arc-boutement entre les deux chemins de glissement un blocage avec les deux chemins de glissement 20 et 21 de la poulie 2 et de l'élément intérieur 3 de transmission. La roue libre 6 fonctionne en prise de couple ou embrayée et transmet un couple d'entraînement entre la poulie 2 et l'élément intérieur 3. Au contraire, lors d'une décélération rapide de la poulie 2, les carnes 19 ont tendance à basculer dans un second sens opposé au premier, ce qui provoque le déblocage ou décoincement des cames 19. La roue libre 6 ne transmet alors plus de couple et permet temporairement un déplacement relatif en rotation de la poulie 2 par rapport à l'élément de transmission 3 intérieur. La roue libre 6 assure ainsi un accouplement unidirectionnel entre la poulie 2 et l''élément de transmission 3. Dans cette position débrayée, les éléments de rappel 29 élastique disposés entre l'unique cage 22 et les cames 19 ont tendance à maintenir un contact glissant entre lesdites cames 19 et le chemin de glissement 20 de la poulie 2 parfaitement lubrifié par la centrifugation qui tend à projeter vers l'extérieur le lubrifiant, par exemple de la graisse. Lors de l'état transitoire entre le passage de la position embrayée à la position débrayée, ou inversement, la disposition relative des éléments de rappel 29 élastique et de la cage 22 permet également de maintenir un contact glissant entre les cames 19 et le chemin de glissement 21. Dans la position débrayée, il existe un glissement relatif entre le chemin 21 de glissement de l'élément intérieur 3 de transmission et les cames 19 avec contact. La prévision du revêtement 30 sur la zone de la surface extérieure 3a en contact avec les cames 19 permet de réduire de façon significative l'usure entre les cames 19 et le chemin de glissement 21 et améliorer les conditions de glissement des cames sur le chemin dans une zone mal lubrifiée en graisse du fait de la centrifugation. On évite ainsi la formation prématurée de plats sur la base des cames 19, ce qui provoquerait à terme la défaillance du dispositif. Le revêtement 30 permet donc, au niveau de cette zone de frottement, le fonctionnement du dispositif dans des conditions de lubrification réduite, tout en obtenant une diminution du coefficient de frottement entre les cames 19 et le chemin de glissement 21 afin de limiter l'usure de ces éléments. Par ailleurs, l'utilisation d'un revêtement 30 comprenant du carbone amorphe apparenté au diamant, ou encore du nitride de chrome ou du nitride de titane, est particulièrement avantageuse dans la mesure où sa mise en oeuvre par des méthodes industrielles conventionnelles est relativement simple. Grâce à l'invention, on dispose ainsi d'un dispositif de poulie débrayable qui permet de limiter l'usure des cames de coincement glissant à la fois sur une piste extérieure de la poulie qui est parfaitement lubrifiée lors de la rotation du dispositif, et sur une piste intérieure de l'arbre de transmission qui comporte au moins en partie un revêtement autolubrifiant et présentant une grande résistance à l'usure. REVENDICATIONS1. Dispositif de poulie débrayable comprenant un élément intérieur de transmission (3), une poulie (2) montée sur l'élément intérieur de transmission (3), et au moins une roue libre (6) pourvue d'une pluralité d'éléments de coincement (19) montés entre un chemin de glissement (20) de la poulie et un chemin de glissement (21) de l'élément intérieur de transmission, ladite roue libre étant destinée à assurer un embrayage unidirectionnel entre la poulie (2) et l'élément intérieur de transmission (3), caractérisé en ce que le chemin de glissement (21) comporte un revêtement (30) présentant, sous charge de 0,05 kg, une dureté Vickers comprise entre 1500 et 3000 Hv, et une épaisseur comprise entre un et cinq �m. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le revêtement (30) présente un coefficient de frottement avec l'acier supérieur ou égal à 0,2. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le revêtement (30) comprend du carbone amorphe apparenté au diamant. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le revêtement (30) comprend du nitride de chrome. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le revêtement (30) comprend du nitride de titane. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (30) est disposé directement sur le chemin de glissement (21). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le chemin de glissement (21) comporte au moins une couche intermédiaire entre celui-ci et le revêtement (30). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la couche intermédiaire comporte du titane ou du tungstène. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments de coincement (19) comportent au moins en partie un revêtement identique au revêtement du chemin de glissement (21). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une cage (22) pour les éléments de coincement (19) et au moins un élément de rappel (29) élastique tendant à maintenir lesdits éléments de coincement en contact avec les chemins de glissement (20, 21) lors d'une position embrayée et lors d'une position débrayée de la roue libre. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le revêtement (30) est prévu sur le chemin de glissement (21) sur une zone radialement en regard de fenêtres (26) de la cage (22) prévues pour le maintien des éléments de coincement (19), ladite zone présentant une dimension axiale sensiblement égale à celle desdites fenêtres. 12. Alternateur comportant un arbre et un dispositif de poulie débrayable suivant l'une quelconque des revendications précédentes, monté sur ledit arbre.20