Brevet FR3009046A1 — publié le 20150130

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte à une cage pour roulement à rouleaux coniques de grande dimension, notamment à une cage pour roulement de boîte d'essieu ferroviaire. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0002] Les roulements biconiques d'essieux ferroviaires nécessitent généralement des cages polyamides qui sont fortement sollicitées mécaniquement dans l'application : chocs radiaux et vibrations, efforts exercés par les rouleaux. De plus, ces cages doivent faciliter au mieux la circulation de graisse dans le roulement. On a représenté sur la figure 1 une cage 210 de ce type constituée d'une seule pièce en matériau moulé. Elle est constituée d'un petit anneau 212 et d'un grand anneau 214 centrés sur l'axe de rotation du roulement, et de ponts 216 reliant le petit anneau 212 au grand anneau 214 et délimitant des alvéoles 218 pour loger et guider des rouleaux coniques. L'homme du métier appréciera la géométrie renforcée en terme d'épaisseurs de ponts et de couronnes par rapport à un design de cage standard. Le matériau est de préférence un PA66-GF25 renforcé en élastomère pour une meilleure tenue au choc. On constate pour ce type de cage conique que les grandes épaisseurs de ponts s'accompagnent en pratique de porosités lors de la réalisation de pièces par injection plastique. Ces porosités peuvent compromettre la résistance mécanique de la cage. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0003] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer une cage de forte épaisseur réalisable par injection plastique et ne présentant pas de porosités compromettant la résistance mécanique de la cage. [0004] Pour ce faire est proposé une cage de roulement à rouleaux coniques formée d'une seule pièce en matériau moulé, comportant un petit anneau, un grand anneau et des ponts reliant le petit anneau au grand anneau et délimitant entre eux et avec le petit anneau et le grand anneau des alvéoles de logement des rouleaux coniques, le petit anneau et le grand anneau ayant un axe de référence commun, caractérisée en ce que les ponts présentent chacun au moins un premier évidement longitudinal ouvert radialement vers l'extérieur et axialement vers le petit anneau, présentant une paroi de fond formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence et tangentielle extérieurement au petit anneau, et deux parois latérales situées radialement à l'extérieur de la paroi de fond et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence. [0005] L'évidement permet une réduction de l'épaisseur de la pièce, et plus précisément de la plus courte distance entre tout point de la pièce et une surface extérieure de la pièce. Les essais ont montré qu'une telle diminution de ce que l'on pourrait appeler l'épaisseur de la pièce permet de réduire considérablement la génération de porosités dans la pièce. La présence des évidements n'affaiblit pas notablement la rigidité de la pièce. La forme de la paroi de fond rend celle-ci compatible avec un moule à déplacement purement axial, sans tiroirs latéraux, donc simple, réduisant le prix de revient du moule et des pièces, et les temps de cycle. [0006] Dans l'ensemble de la demande on entend par génératrice "essentiellement parallèle à l'axe de référence", une génératrice présentant un angle inférieur à 5° et de préférence inférieur à 2° avec l'axe de référence, en dépouille ou contre-dépouille. [0007] De préférence, l'évidement est tel qu'au moins 90%, et de préférence au moins 95%, et de préférence au moins 99% de la pièce en volume est situé à moins 5mm, et de préférence à moins de 3mm d'une paroi de la pièce. On optimise alors les conditions pour un refroidissement homogène de la pièce et la limitation de formation de porosité. [0008] Selon un mode de réalisation l'évidement présente en outre au moins une paroi complémentaire située radialement à l'extérieur de la paroi de fond et axialement entre la paroi de fond et le grand anneau. [0009] Suivant un mode de réalisation préféré, chaque pont présente deux parois de guidage des rouleaux, chacune tournée vers une alvéole et chacune formant une surface réglée plane ou concave, notamment tronconique, destinée à être en contact avec un rouleau. [0010] Suivant un mode de réalisation, chaque pont présente une paroi intérieure tournée radialement vers l'intérieur et joignant les deux parois de guidage, ce qui traduit l'épaisseur importante des ponts de la cage dans la direction circonférentielle. Préférentiellement, la paroi intérieure tournée radialement vers l'intérieur est tronconique ou tangentielle à un cône ayant pour axe de révolution l'axe de référence. Suivant une mode de réalisation particulièrement avantageux, la paroi complémentaire est parallèle à la paroi intérieure tournée radialement vers l'intérieur. Cette paroi et la face tournée radialement vers l'intérieur délimitent entre elles une partie du pont d'épaisseur sensiblement constante. [0011] Suivant un mode de réalisation, l'un au moins du petit anneau et du grand anneau, et de préférence chacun d'entre eux, comporte une gorge circonférentielle ouverte axialement à l'opposé de l'autre anneau. Ces gorges permettent de réduire l'épaisseur de la pièce au niveau des anneaux. [0012] Suivant un mode de réalisation l'évidement s'étend axialement sensiblement depuis le petit anneau jusqu'au grand anneau. [0013] Suivant un autre mode de réalisation, chaque pont comporte au moins un deuxième évidement longitudinal ouvert radialement vers l'extérieur et axialement vers le petit anneau, présentant une deuxième paroi de fond formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence, deux parois latérales situées radialement à l'extérieur de la paroi deuxième de fond et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence, et une ou plusieurs parois complémentaires situées radialement à l'extérieur de la deuxième paroi de fond et axialement entre la deuxième paroi de fond et le grand anneau. La paroi de séparation entre le premier et le deuxième évidements constitue un renfort supplémentaire qui augmente la rigidité des ponts. [0014] De façon préférentielle, la cage est apte à être obtenue par moulage dans un moule constitué uniquement de pièces de moule mobiles les unes par rapport aux autres par un mouvement parallèle à l'axe de référence. [0015] De préférence, les ponts de la cage sont identiques et les alvéoles de la cage sont identiques. [0016] De préférence, les parois latérales sont évasées, avec un angle voisin de celui entre les parois de guidage des rouleaux. [0017] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un roulement à rouleaux coniques, comportant une bague intérieure, une bague extérieure, des rouleaux coniques, caractérisé en ce qu'il comporte une cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour guider les rouleaux entre les bagues intérieure et extérieure. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0018] 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, déjà commentée, une cage selon l'état de la technique, en vue isométrique; - la figure 2, une cage suivant un premier mode de réalisation de l'invention, en vue isométrique; - la figure 3, une coupe d'une partie de la cage de la figure 2 dans un plan axial partageant en deux un pont de la cage; - la figure 4, une coupe d'une partie de la cage de la figure 2 dans un plan axial décalé angulairement par rapport au plan de la figure 3; - la figure 5, une vue d'un pont de la cage de la figure 2, dans la direction A de la figure 4; - la figure 6, une coupe d'un pont de la cage de la figure 2 dans le plan VI-VI de la figure 3; - la figure 7, une coupe transversale d'un roulement intégrant la cage de la figure 2; - la figure 8, une cage suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, en vue isométrique; - la figure 9, une coupe d'une partie de la cage de la figure 8 dans un plan axial partageant en deux un pont de la cage; - la figure 10, une coupe d'une partie de la cage de la figure 8 dans un plan axial décalé angulairement par rapport au plan de la figure 9; - la figure 11, une vue d'un pont de la cage de la figure 8, dans la direction A de la figure 10; - la figure 12, une coupe d'un pont de la cage de la figure 8 dans le plan XII-XII de la figure 9; - la figure 13, une coupe d'un pont de la cage de la figure 8 dans le plan XIII-XIII de la figure 9. [0019] Pour plus de clarté, les éléments identiques sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN MODE DE RÉALISATION [0020] En référence à la figure 7, un roulement 2 de boîte d'essieu ferroviaire à rouleaux coniques, est composé d'une bague extérieure ou cône 4, d'une bague intérieure ou cuvette 6, de rouleaux coniques 8 roulant sur des chemins de roulement définis par le cône 4 et la cuvette 6 et d'une cage 10 pour guider les rouleaux 8 entre les bagues 4, 6 et maintenir entre les rouleaux 8 un espacement déterminé, lorsque les rouleaux 8 tournent autour de l'axe de rotation 100 du roulement 1. [0021] La cage 10, visible en détail sur les figures 2 à 6, est formée d'une seule pièce en matériau moulé, par exemple un PA66-IGF25 renforcé en élastomère. Elle est constituée d'un petit anneau 12 et d'un grand anneau 14 centrés sur l'axe de rotation 100 du roulement, et de ponts 16 reliant le petit anneau 12 au grand anneau 14 et délimitant entre eux et avec le petit anneau 12 et le grand anneau 14 des alvéoles 18 de logement des rouleaux coniques 8. Le petit et le grand anneaux 12, 14 sont chacun pourvus d'une gorge circonférentielle 20, 22 ouverte axialement à l'opposé de l'autre anneau. [0022] Chaque pont 16 présente un évidement longitudinal 24, ouvert radialement vers l'extérieur et axialement vers le petit anneau 12. Cet évidement 24 s'étend en direction axiale sensiblement depuis le petit anneau 12 jusqu'au grand anneau 14. Il présente une paroi de fond 26 formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de rotation 100 et tangentielle à une périphérie extérieure du petit anneau 12, deux parois latérales 28 situées radialement à l'extérieur de la paroi de fond 26 et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de rotation 100, et une ou plusieurs parois complémentaires 30, 32 situées radialement à l'extérieur de la paroi de fond 26 et axialement entre la paroi de fond 26 et le grand anneau 14, l'une 32 des parois complémentaires étant de préférence perpendiculaire à l'axe de rotation 100 du roulement. Les parois latérales 28 sont de préférence évasées. [0023] Chaque pont 16 présente deux parois 34 de guidage des rouleaux 8, chacune tournée vers une alvéole 18 et chacune formant une surface réglée, par exemple une surface située sur un cône centré sur un axe de rotation du rouleau 8 logé dans l'alvéole 18, ou une surface plane tangente à un tel cône. Les deux parois de guidage 34 sont reliées par une paroi 36 tournée radialement vers l'intérieur, qui peut être en tous points placée sur un cône centré sur l'axe de rotation du roulement, ou à défaut tangente à une génératrice d'un tel cône. Comme illustré en particulier sur la figure 3, la paroi complémentaire et la paroi tournée radialement vers l'intérieur sont sensiblement parallèles et définissent entre elles une épaisseur de matière constante. [0024] Le mode de réalisation illustré sur les figures 8 à 12 ne diffère du précédent que par la présence sur chaque pont de deux évidements longitudinaux 24, 124. Le premier évidement 24 s'étend sur approximativement la moitié de la longueur du pont 16 et présente une paroi de fond 26 formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de rotation 100 et tangentielle au petit anneau 12, deux parois latérales 28 situées radialement à l'extérieur de la paroi de fond 26 et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de rotation 100, et une ou plusieurs parois complémentaires 32 situées radialement à l'extérieur de la paroi de fond 26 et axialement entre la paroi de fond 28 et le grand anneau 14. Les parois latérales 28 sont de préférence évasées. Le deuxième évidement longitudinal 124 est également ouvert radialement vers l'extérieur et axialement vers le petit anneau 12 et présente une deuxième paroi de fond 126 formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de rotation 100, deux parois latérales situées radialement à l'extérieur de la deuxième paroi de fond 126 et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de rotation 100, et une paroi complémentaire 132 perpendiculaire à l'axe de rotation 100, située radialement à l'extérieur de la deuxième paroi de fond 126 et axialement entre la deuxième paroi de fond 126 et le grand anneau 14. [0025] Dans les deux modes de réalisation présentés, les gorges circonférentielles 20, 22 et les évidements 24, 124 des ponts 16 contribuent à un allègement de la cage et permettent de réduire la distance entre tout point intérieur de la cage 10 et au moins une des parois, de sorte que l'on peut faire en sorte qu'au moins 90%, et de préférence 95%, voire 100% de la pièce en volume est situé à moins 5mm, et de préférence à moins de 3mm d'une paroi de la pièce. Les tests montrent que l'on réduit ainsi considérablement la formation de porosités pendant le moulage et le refroidissement de la pièce. L'homme du métier remarquera par ailleurs que la forme des évidements 24, 124 et des gorges 20, 22 est prévue pour permettre un moulage dans un moule constitué uniquement de deux pièces de moule mobiles l'une par rapport à l'autre parallèlement à l'axe de référence. [0026] Cet allégement de la cage est obtenu sans en diminuer la rigidité, voire en l'augmentant du fait de l'absence de porosités. Les évidements présentent l'avantage supplémentaire de constituer des poches de retenu de lubrifiant, bien que cela ne soit pas leur fonction première. [0027] De nombreuses variantes peuvent être envisagées. En particulier, il est possible de prévoir une nervure de matière séparant en deux dans le sens longitudinal l'évidement 24, pour augmenter la rigidité de la pièce.5 REVENDICATIONS1 Cage (10) de roulement (2) à rouleaux coniques (8) formée d'une seule pièce en matériau moulé, comportant un petit anneau (12), un grand anneau (14) et des ponts (16) reliant le petit anneau au grand anneau et délimitant entre eux et avec le petit anneau (12) et le grand anneau (14) des alvéoles (18) de logement des rouleaux coniques (8), le petit anneau (12) et le grand anneau (14) ayant un axe de référence commun (100), caractérisée en ce que les ponts (16) présentent chacun au moins un premier évidement longitudinal (24) ouvert radialement vers l'extérieur et axialement vers le petit anneau (12), présentant une paroi de fond (26) formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence (100) et tangentielle extérieurement au petit anneau (12), et deux parois latérales (28) situées radialement à l'extérieur de la paroi de fond (26) et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence. 2. Cage de roulement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins 90%, et de préférence au moins 95%, et de préférence au moins 99% de la pièce en volume est situé à moins 5mm, et de préférence à moins de 3mm d'une paroi de la pièce. 3. Cage de roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'évidement (26) présente en outre au moins une paroi complémentaire (30, 32) située radialement à l'extérieur de la paroi de fond (26) et axialement entre la paroi de fond (26) et le grand anneau (14). 4. Cage de roulement à rouleaux coniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque pont (16) présente deux parois de guidage (34) des rouleaux, chacune tournée vers une alvéole (18) et chacune formant une surface réglée plane ou concave. 5. Cage de roulement à rouleaux coniques selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque pont (16) présente une paroi intérieure (36) tournée radialement vers l'intérieur et joignant les deux parois de guidage (34). 6. Cage de roulement selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la paroi intérieure (36) tournée radialement vers l'intérieur est tronconique ou tangentielle à un cône ayant pour axe de révolution l'axe de référence (100). 7 Cage de roulement selon la revendication 2 et l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la paroi complémentaire (30) est parallèle à la paroi intérieure (36) tournée radialement vers l'intérieur. 8. Cage de roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'un au moins du petit anneau (12) et du grand anneau (14), et de préférence chacun d'entre eux, comporte une gorge circonférentielle (20, 22) ouverte axialement à l'opposé de l'autre anneau. 9. Cage de roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'évidement (24) s'étend axialement sensiblement depuis le petit anneau jusqu'au grand anneau. 10. Cage de roulement selon l'une quelconque 1 à 8, caractérisée en ce que chaque pont (16) comporte au moins un deuxième évidement (124) longitudinal ouvert radialement vers l'extérieur et axialement vers le petit anneau (12), présentant une deuxième paroi de fond (126) formant une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence, deux parois latérales (128) situées radialement à l'extérieur de la deuxième paroi de fond et formant chacune une surface réglée ayant une génératrice en tout point parallèle ou essentiellement parallèle à l'axe de référence, et une ou plusieurs parois complémentaires (132) situéesradialement à l'extérieur de la deuxième paroi de fond (126) et axialement entre la deuxième paroi de fond (126) et le grand anneau (14). 11. Cage de roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cage (10) est apte à être obtenue par moulage dans un moule constitué uniquement de pièces de moule mobiles les unes par rapport aux autres par un mouvement parallèle à l'axe de référence. 12. Cage de roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ponts (16) de la cage sont identiques et les alvéoles (18) de la cage sont identiques. 13. Cage de roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les parois latérales (28) sont évasées. 14. Roulement (2) à rouleaux coniques, comportant une bague intérieure (4), une bague extérieure (6), des rouleaux coniques (8), caractérisé en ce qu'il comporte une cage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour guider les rouleaux (8) entre les bagues intérieure (4) et extérieure (6). 20