Brevet FR2972511A1 — publié le 20120914

PALIER A ROULEMENT INSTRUMENTE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte à l'instrumentation d'un palier à roulement, et notamment d'un palier à roulement de grandes dimensions tel que, par exemple, un palier à roulement de boîte d'essieu de véhicule ferroviaire. Par instrumentation, on entend ici la mise en place de moyens de mesure de certains paramètres de fonctionnement du roulement, et notamment de mesure de vitesse. Plus spécifiquement, l'invention vise un assemblage à roulement comportant une 10 telle instrumentation. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Dans le document EP0829410 est décrit un roulement de boîte d'essieu ferroviaire constitué d'une bague extérieure fixe portant un déflecteur fixe, et d'une bague intérieure tournante portant un déflecteur tournant disposé en regard du 15 déflecteur fixe, les déflecteurs délimitant ensemble un volume intérieur au roulement, dans lequel sont disposés notamment les corps roulant. Le déflecteur tournant porte sur une face interne un anneau codeur magnétique, qui est situé à l'intérieur du volume intérieur. Un capteur magnétique est fixé à une face interne du déflecteur fixe, dans le volume intérieur, en regard et à distance d'entrefer de 20 l'anneau codeur. [0003] Dans le document EP 1 746 425 est décrit un roulement instrumenté comportant une bague extérieure fixe équipée d'un déflecteur fixe, une bague intérieure tournante équipée d'un déflecteur tournant, une lèvre d'étanchéité prolongeant le déflecteur fixe et venant en appui contre le déflecteur tournant de 25 sorte que les déflecteur, avec les bagues, délimitent un volume intérieur du roulement ou roulent les corps roulants. Le déflecteur tournant est équipé d'un anneau codeur magnétique multipolaire. Le déflecteur fixe est quant à lui pourvu d'une portion de paroi en matériau amagnétique, au travers de laquelle, un capteur électromagnétique, positionné à l'extérieur du roulement et de son volume 30 intérieur, peut lire l'information magnétique de l'anneau codeur. [0004] Dans le document FR 2 669 598 est décrit un roulement de boîte d'essieu ferroviaire instrumenté comportant une bague extérieure fixe équipée d'un déflecteur fixe, une bague intérieure tournante, un déflecteur tournant plaqué contre la bague intérieure tournante par l'intermédiaire d'une entretoise tenu maintenu par un chapeau de fusée. Les deux déflecteurs forment entre eux une perte de charge et délimitent avec les bagues un volume intérieur au roulement. Le déflecteur tournant est pourvu d'un anneau codeur multipolaire, dont l'information est lue par un capteur traversant le déflecteur fixe et situé dans le volume intérieur du roulement. [0005] Dans l'ensemble de ces solutions, le capteur et le codeur sont tous deux disposés dans le volume intérieur du roulement, de sorte qu'ils sont exposés au lubrifiant des corps roulants. Le volume intérieur du roulement doit être dimensionné en conséquence, et la circulation du lubrifiant dans le roulement peut être perturbée. et vis-à-vis des chocs mécaniques notamment lors des opérations de montage ou de démontage. [0006] Pour pallier ces difficultés, il a été proposé dans la demande EP 2 186 705 de prévoir un volume spécifique de protection du codeur et du capteur, ce volume étant intermédiaire entre l'intérieur du roulement et l'extérieur. Toutefois, le codeur se trouve alors déportés axialement à l'extérieur du roulement, du fait de sa fixation à une pièce intermédiaire constituée par une entretoise interposée entre la bague intérieure du roulement et le chapeau de fusée. EXPOSE DE L'INVENTION [0007] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, et notamment à proposer un palier à roulement instrumenté dont le codeur soit intégré au roulement, tout en étant protégé des graisses, huiles et le cas échéant par les particules abrasives contenues dans le roulement. [0008] Pour ce faire est proposé selon un premier aspect de l'invention un palier à roulement comportant : un équipage fixe dans un repère géométrique fixe, comportant au moins une bague extérieure fixe présentant un chemin de roulement fixe et un premier déflecteur annulaire fixe emmanché sur la bague fixe, le premier déflecteur fixe délimitant un volume annulaire de protection et une première perte de charge entre le volume annulaire de protection et l'extérieur du palier, le premier déflecteur fixe étant pourvu d'une fenêtre ; un équipage tournant, fixe dans un repère géométrique tournant et sans contact avec l'équipage fixe, l'équipage tournant comportant au moins une bague intérieure tournante présentant un chemin de roulement tournant, un déflecteur tournant en contact avec la bague intérieure tournante et situé radialement à l'intérieur du déflecteur annulaire fixe dans le volume annulaire de protection, et un anneau codeur magnétique multipolaire fixé au déflecteur tournant et logé dans le volume annulaire de protection en regard de la fenêtre, des corps roulants, roulant sur les chemins de roulement, dans un volume annulaire interne du palier, et un déflecteur additionnel situé radialement à l'intérieur du déflecteur annulaire fixe et formant une perte de charge additionnelle entre le volume annulaire interne du palier et le volume annulaire de protection. 25 [0009] Le déflecteur additionnel constitue une séparation entre le déflecteur tournant en contact avec la bague tournante et l'intérieur du roulement, l'anneau codeur se trouvant ainsi protégé à la fois des graisses situées à l'intérieur du palier et de l'extérieur. 10 15 20 [0010] Le déflecteur tournant peut être en appui direct contre une portée axiale de la bague intérieure, pour une parfaite maîtrise du positionnement axial du déflecteur tournant et, de manière ultime, de l'anneau codeur qui lui est associé. [0011] De préférence, le déflecteur tournant est emmanché sur la bague intérieure tournante. [0012] Selon un mode de réalisation, l'équipage fixe comporte en outre un capteur pénétrant au moins partiellement dans la fenêtre, disposé à distance d'entrefer de l'anneau codeur magnétique multipolaire. Préférentiellement, l'anneau codeur comporte une face cylindrique en regard du capteur et située radialement à l'extérieur de la bague tournante. [0013] Selon un mode de réalisation, le déflecteur additionnel est intégré à l'équipage fixe et constitue un deuxième déflecteur fixe. [0014] Suivant un mode de réalisation, l'anneau codeur est situé radialement à l'extérieur de la bague intérieure tournante. [0015] ' Le déflecteur additionnel peut être réalisé en plastique ou en tôle. [0016] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le déflecteur additionnel est intégré à l'équipage fixe et constitue un deuxième déflecteur fixe. La perte de charge additionnelle peut alors avantageusement être constituée entre ce déflecteur additionnel fixe et des surfaces en regard de l'équipage tournant, notamment des parois du déflecteur tournant, de la bague intérieure tournante et/ou d'une extension de l'anneau codeur, préférentiellement une extension axiale faisant saillie vers le volume annulaire interne du palier. On peut ainsi prévoir que le déflecteur tournant et/ou l'anneau codeur s'interposent radialement et axialement entre un rebord d'extrémité libre du déflecteur additionnel et le déflecteur fixe pour constituer la perte de charge additionnelle. [0017] Le déflecteur additionnel peut être fixé directement sur la bague extérieure fixe. Il peut également être fixé directement au déflecteur fixe, pour former un sous-ensemble qui peut être monté sur la bague fixe ou sur un élément de l'équipage fixe en une seule étape d'assemblage. [0018] Le déflecteur additionnel fixe peut être monté de différentes façons sur le déflecteur fixe. II peut notamment être riveté sur le déflecteur fixe ou emmanché dans le déflecteur fixe. II peut également être soudé sur le déflecteur fixe. [0019] En particulier pour ce dernier mode d'assemblage, il sera avantageux de prévoir que le déflecteur additionnel présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur du déflecteur fixe. [0020] Suivant un mode de réalisation, la bague extérieure présente un 10 épaulement formant butée axiale pour le déflecteur additionnel, ce qui assure une parfaite maîtrise du positionnement axial du déflecteur additionnel dans le temps. [0021] Selon un mode de réalisation, le déflecteur additionnel est monobloc avec l'anneau. 15 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : la figure 1, une vue en coupe d'un roulement de roue instrumenté selon un premier mode de réalisation de l'invention, 20 la figure 2, un détail de la figure 1, la figure 3 une vue en coupe d'un roulement de roue instrumenté selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 une vue en coupe d'un roulement de roue instrumenté selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 25 [0023] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0024] La figure 1 illustre une fusée d'essieu 10 de véhicule ferroviaire, montée en rotation à l'intérieur d'une boîte d'essieu 12 par l'intermédiaire d'un palier à roulement 14 comportant au moins une bague intérieure 16A, au moins une bague extérieure 18 et des corps roulants 20A, 20B. En l'espèce, mais ceci est sans caractère limitant pour la présentation de l'invention, le roulement est à deux rangées de corps roulants, les corps roulants 20A, 20B étant constitués par des rouleaux coniques, ces rouleaux roulant sur la bague extérieure 18 à deux chemins de roulement 18.1A, 18.1B et sur deux chemins de roulement 16A.1, 16B.1 formés sur deux bagues intérieures 16A, 16B, une par rangée de rouleaux 20A, 20B, séparées par une entretoise 22. [0025] L'axe de rotation ZZ de la fusée d'essieu constitue un axe de référence pour le dispositif. Les bagues intérieures 16A, 16B sont emmanchées sur une portée cylindrique 10.1 de la fusée d'essieu. Une entretoise 24 peut être interposée entre les bagues intérieures 16A, 16B et un épaulement 10.2 de la fusée d'essieu 10. Pour maintenir axialement cet assemblage, un chapeau de fusée 26 présentant un fond 26.1 et une jupe 26.2 est fixé à l'extrémité libre 10.3 de la fusée 10 par l'intermédiaire de moyens de fixation, en l'espèce des vis 28 traversant des alésages 26.3 usinés dans le fond 26.1 du chapeau de fusée 26 et vissés dans des trous fileté 10.4 à l'extrémité 10.3 de la fusée d'essieu 10. Une ou plusieurs entretoises peuvent être interposées entre l'extrémité libre 26.6 de la jupe du chapeau de fusée et les bagues intérieures 16A, 16B du roulement. La chaîne de cotes est telle que lors du vissage des vis de fixation 28 à un couple prédéterminé de montage, le chapeau de fusée 26 vient contraindre axialement les bagues intérieures 16A, 16B du roulement en direction de l'épaulement 10.2, par l'intermédiaire des entretoises 22, 24 si celles-ci sont présentes, pour former un équipage tournant du palier. [0026] La bague extérieure 18 est montée dans un carter cylindrique 12.1 de la boîte d'essieu 12, fermé par un couvercle 12.2 qui recouvre le chapeau de fusée 26, pour former un équipage fixe du palier. [0027] Les bagues 16A, 16B et 18 délimitent entre elles un volume 14.1 pour les corps roulants, volume qui est clos axialement par des systèmes d'étanchéité 32A, 32B, constitués dans cet exemple par des déflecteurs délimitant entre eux, sans contact, une perte de charge ou chicane limitant la pénétration de polluants dans le roulement et la sortie de lubrifiant. On distingue également sur la figure 1 un canal 34 permettant de recharger régulièrement le roulement en lubrifiant. [0028] Comme illustré sur la figure 2, le système d'étanchéité 32A situé du côté du chapeau de fusée 26.1 est constitué par un déflecteur fixe 32.1 emmanché sur la bague fixe 18, un déflecteur tournant 32.2 emmanché sur une portée cylindrique 16A.2 et en appui axial contre une portée axiale 16A.3 de la bague intérieure 16A, et un déflecteur additionnel 32.3 qui dans cet exemple est fixé au déflecteur fixe 32.1, radialement et axialement à l'intérieur de celui-ci. Le déflecteur tournant 32.2 vient s'interposer radialement et axialement entre le déflecteur fixe 32.1 et le rebord d'extrémité libre du déflecteur additionnel 32.3. En d'autres termes, le rebord annulaire libre du déflecteur additionnel 32.2 vient s'insérer dans un volume délimité par une paroi annulaire plane et une paroi cylindrique du déflecteur tournant. Ainsi est délimitée une chambre annulaire 36 entre le volume 14.1 intérieur du roulement et le volume extérieur 38 clos par le couvercle 12.2 de la boîte d'essieu. Une première perte de charge 33 est constituée par chicanage à l'entrée du volume 36 entre le déflecteur fixe 32.1 et le chapeau de fusée 26 ou le déflecteur tournant 32.2. Une deuxième perte de charge 35 est constituée par chicanage entre le déflecteur additionnel et le déflecteur tournant 32.2 ou la fusée 26 pour séparer la chambre 36 du volume intérieure 14.1. Ces deux pertes de charge sont dynamiques, au sens où elles sont définies par des surfaces qui, en fonctionnement, tournent les unes par rapport aux autres. Dans la chambre annulaire 36 est disposé un anneau codeur multipolaire 40, qui dans cet exemple est fixé au déflecteur mobile 32.2. Le déflecteur fixe 32.1 est pourvu d'une fenêtre 42 s'ouvrant sur la chambre 36, mais pas sur le volume intérieur 14.1. Un capteur 44, fixé au couvercle de carter 12.2, traverse cette fenêtre 42 pour venir en regard et à distance d'entrefer d'une face externe cylindrique 40.1 de l'anneau codeur multipolaire 40 de manière à lire l'information portée par l'anneau codeur 40. La face 40.1 fait saillie radialement vers l'extérieur par rapport au déflecteur tournant 32.2, pour être au plus près du capteur et participer à l'étanchéité dynamique entre équipage fixe et équipage tournant. Dans cet exemple de réalisation, la face 40.1 se situe radialement à l'extérieur du chemin de roulement 16A.1 de la bague intérieure 16A, et même à l'extérieur de la bague extérieur 16 dans son ensemble. [0029] L'assemblage est complété par un collecteur de courant 60. Plus spécifiquement, une plaque 60.1 de retour de courant est fixée au chapeau de fusée 26 par l'intermédiaire d'une vis spécifique 60.2, de sorte que la plaque de retour de courant 60.1 se trouve en contact direct avec le chapeau de fusée 26. Dans l'exemple de réalisation, la vis 60.2 ne pénètre pas directement dans la fusée d'essieu 10 et ne constitue pas une vis de fixation du chapeau de fusée 26 à la fusée d'essieu 10. Toutefois, dans une variante non représentée, il est envisageable d'utiliser l'une des vis de fixation 28 du chapeau de fusée 26 à la fusée d'essieu 10 pour également fixer la plaque 60.1. Les balais 60.3 du collecteur de courant 60, solidaires du couvercle 12.2 de la boîte d'essieu, viennent en contact frottant sur la plaque, qui fait partie de l'équipage tournant solidaire de l'essieu, pour constituer un chemin électrique pour le courant électrique circulant entre les rails, et les équipements électriques du véhicule. [0030] Selon une variante illustrée sur la figure 3, le déflecteur tournant 32.2 est emmanché sur une portée cylindrique 26.7 du chapeau de fusée 26, en appui axial direct contre la bague intérieure 16.A qui fournit ainsi un référentiel de positionnement axial pour le déflecteur tournant 32.2 et de manière ultime pour l'anneau codeur 40. [0031] Le déflecteur fixe 32.1 est quant à lui emmanché sur la bague fixe 18, en butée axiale contre un portée axiale 18.2 de la bague extérieure fixe 18. Sachant que le montage des corps roulants 20A du palier entre les bagues tournante 16A et fixe 14 permet un positionnement très précis et sans jeu axial de la bague 16A par rapport à la bague fixe 14, le positionnement relatif entre le déflecteur tournant 32.1, le déflecteur additionnel 32.3 et le déflecteur tournant 32.2 est maîtrisé avec une chaine de cotes minimale, ce qui autorise une faible distance entre le déflecteur tournant 32.2 et les déflecteurs fixes 32.1, 32.3 au niveau des pertes de charges 33, 35. [0032] Le capteur 44 est préférablement positionné avec une face d'appui en contact direct avec le déflecteur fixe 32.1, et fixé soit au déflecteur fixe 21.1, soit au couvercle 12.2 de la boîte d'essieu. [0033] Selon une autre variante illustrée sur la figure 4, le déflecteur additionnel 32.3 est emmanché directement sur le déflecteur fixe 32.1, lui-même emmanché sur la bague extérieure fixe 18. Le déflecteur additionnel 32.3 est ici réalisé dans une tôle fine, d'épaisseur inférieure à celle du déflecteur fixe 32.1, pour ne pas impacter l'emmanchement de ce dernier sur la bague fixe 18. Le déflecteur additionnel 32.3 et le déflecteur fixe 32.1 sont disposés en regard d'un épaulement 18.2 de la bague extérieure fixe 18, qui sert de butée de positionnement et prévient notamment toute migration axiale du déflecteur additionnel 32.3. [0034] Le déflecteur tournant 32.2` est emmanché sur une entretoise 46 pincée entre le chapeau de fusée 26 et la bague intérieure 16.A. Pour éviter toute risque de migration axiale du déflecteur tournant 32.2, un épaulement 26.8 est prévu sur le chapeau de fusée 26. [0035] Les déflecteurs délimitent comme dans le premier mode de réalisation un volume 14.1 intérieur du palier, où son situés les corps roulants 20A, et un volume annulaire de protection d'un anneau codeur 40 fixé sur le déflecteur tournant 32.2. Une première perte de charge en labyrinthe 33 est constituée à l'entrée du volume 36. L'anneau codeur 40 présente un prolongement annulaire axial 40.2 qui forme avec le déflecteur additionnel 32.3 une deuxième perte de charge 35 en labyrinthe pour séparer la chambre 36 du volume intérieure 14.1. Un capteur 44 fixé au couvercle 12.2 de la boîte d'essieu traverse une fenêtre 42 prévue à cet effet dans le déflecteur fixe 32.1 pour venir en regard et à distance d'entrefer d'une face cylindrique 40.1 de l'anneau codeur. [0036] Des variantes sont envisageables. Il serait notamment possible de prévoir de fixer le déflecteur additionnel au déflecteur tournant. REVENDICATIONS1. Palier à roulement comportant un équipage fixe dans un repère géométrique fixe, comportant au moins une bague extérieure fixe présentant un chemin de roulement fixe (18.1A) et un premier déflecteur annulaire fixe (32.1) emmanché sur la bague fixe, le premier déflecteur fixe délimitant un volume annulaire de protection et une première perte de charge (33) entre le 10 volume annulaire de protection (36) et l'extérieur du palier, le premier déflecteur fixe (32.1) étant pourvu d'une fenêtre (42) ; un équipage tournant, fixe dans un repère géométrique tournant et sans contact avec l'équipage fixe, l'équipage tournant comportant au moins une bague intérieure tournante (16A) présentant un chemin de 15 roulement tournant (16A.1), un déflecteur tournant (32.2) situé radialement à l'intérieur du déflecteur annulaire fixe (32.1) dans le volume annulaire de protection, et un anneau codeur magnétique multipolaire (40) fixé au déflecteur tournant (32.2) et logé dans le volume annulaire de protection en regard de la fenêtre (42), 20 des corps roulants (20A, 20B), roulant sur les chemins de roulement, dans un volume annulaire interne (14.1) du palier, caractérisé en ce que le déflecteur tournant est en contact avec la bague intérieure tournante (16A) et en ce que le palier comporte en outre un déflecteur additionnel (32.3) situé radialement à l'intérieur du déflecteur 25 annulaire fixe (32.1) et formant une perte de charge (35) additionnelle entre le volume annulaire interne (14.1) du palier et le volume annulaire de protection (36). 2. Palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 30 déflecteur tournant est emmanché sur la bague intérieure tournante. 3. Palier à roulement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'équipage fixe comporte en outre un capteur (44) pénétrant au moins partiellement dans la fenêtre (42), disposé à distance d'entrefer de l'anneau codeur (40). 4. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau codeur (40) est situé radialement à l'extérieur de la bague intérieure tournante. 10 5. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur additionnel est en plastique. 6. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le déflecteur additionnel est en tôle. 7. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur additionnel (32.3) est intégré à l'équipage fixe et constitue un deuxième déflecteur fixe. 20 8. Palier à roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la perte de charge additionnelle (35) est constituée entre le déflecteur additionnel (32.3) et des surfaces en regard de l'équipage tournant, notamment des parois du déflecteur tournant (32.1), de la bague intérieure tournante (16A) et/ou d'une extension de l'anneau codeur (40). 25 9. Palier à roulement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le déflecteur tournant (32.2) et/ou l'anneau codeur (40) s'interposent radialement et axialement entre un rebord d'extrémité libre du déflecteur additionnel (32.3) et le déflecteur fixe (32.1) pour constituer la perte de 30 charge additionnelle (35). 15 10. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendication 7 à 9, caractérisé en ce que le déflecteur additionnel est fixé directement au déflecteur fixe, notamment par rivetage, soudage et/ou emmanchement. 11. Palier à roulement selon la revendication 10, caractérisé en ce que le déflecteur additionnel présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur du déflecteur fixe. 12. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la bague extérieure présente un épaulement formant butée axiale pour le déflecteur additionnel.